【摘要】：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步,陸地資源日趨枯竭,人類對于海洋資源的開發(fā)與利用也愈加重視,在這種情況下,海洋裝備作為人類從事海洋開發(fā)的重要工具得到了飛速的發(fā)展。載人潛水器作為一種重要的海洋裝備,具有其突出的優(yōu)點與特殊性,近年來其發(fā)展已呈現(xiàn)出全海深、高性能、多功能、工程化等發(fā)展態(tài)勢�？傮w設(shè)計是載人潛水器設(shè)計與研究的關(guān)鍵階段,對于其總體性能的優(yōu)劣有著決定性的影響,因此,開展載人潛水器總體設(shè)計優(yōu)化方法的研究對于其總體性能的提升,乃至促進載人潛水器技術(shù)的進步均有重要的影響。本文將載人潛水器設(shè)計與多學(xué)科優(yōu)化相結(jié)合,主要開展了以下工作:針對載人潛水器的學(xué)科特點對載人潛水器進行了學(xué)科分解工作,將其劃分為耐壓結(jié)構(gòu)學(xué)科、阻力學(xué)科、推進學(xué)科、能源學(xué)科,并確定了總體設(shè)計的相關(guān)參數(shù)。根據(jù)耐壓結(jié)構(gòu)設(shè)計原則,從材料選擇和結(jié)構(gòu)形式兩個角度,以規(guī)范和有限元為基礎(chǔ),進行了耐壓結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計工作。在耐壓結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,采用CFD方法完成了阻力學(xué)科的初始設(shè)計,并針對初始設(shè)計結(jié)果進行了理論對比,驗證了利用CFD方法進行阻力計算的準(zhǔn)確性。研究設(shè)計了耐壓結(jié)構(gòu)學(xué)科和阻力學(xué)科的參數(shù)化分析流程,并分析了參數(shù)化過程中的樣本點采樣方法�；赑ython與Java語言分別對結(jié)構(gòu)有限元分析軟件ABAQUS和計算流體力學(xué)軟件STAR-CCM+的宏文件進行了二次開發(fā),實現(xiàn)了參數(shù)驅(qū)動下三維建模、網(wǎng)格劃分、邊界條件等的自動連續(xù)分析計算,得到了建立近似模型需要的試驗設(shè)計樣本點,并針對耐壓結(jié)構(gòu)和外形阻力的設(shè)計變量進行了學(xué)科性能分析。介紹了近似模型技術(shù)和常用的近似模型,分別采用克里金模型、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和響應(yīng)面模型對結(jié)構(gòu)學(xué)科和阻力學(xué)科的試驗設(shè)計樣本點進行擬合測試,測試結(jié)果顯示響應(yīng)面模型具有更好的擬合效果。因此,利用響應(yīng)面模型分別對耐壓結(jié)構(gòu)學(xué)科、阻力學(xué)科和推進學(xué)科進行了試驗設(shè)計樣本點的擬合,得到了能夠滿足工程要求的學(xué)科分析模型,并利用推進學(xué)科的響應(yīng)值和經(jīng)驗公式建立了能源學(xué)科的分析模型。介紹了常用的多目標(biāo)搜索策略和優(yōu)化策略,以總體設(shè)計優(yōu)化參數(shù)、總體設(shè)計優(yōu)化數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ),建立了載人潛水器總體設(shè)計優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。利用優(yōu)化結(jié)果針對兩種不同搜索策略進行了比較分析,采取方案貼近性較好的第二代非支配解排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ),獲得了最終的總體設(shè)計優(yōu)化結(jié)果,通過與初始方案的比較得到了三種較典型的優(yōu)化方案,為其他載人潛水器的總體設(shè)計工作提供了參考與借鑒。
【圖文】：

圖１．１阿爾文號邐圖１．２Ｓｈｉｎｋａｉ６５００逡逑

—逡逑圖１．３邋“深海挑戰(zhàn)者”號邐圖１．４邋“蚊龍”號逡逑１．３載人潛水器多學(xué)科研究現(xiàn)狀逡逑載人潛水器總體設(shè)計中，涵蓋了如耐壓結(jié)構(gòu)學(xué)科、外形阻力學(xué)科、推進學(xué)科等眾多逡逑專業(yè)領(lǐng)域，，近年來，眾多學(xué)者把總體設(shè)計工作劃分為一些具體學(xué)科，但在研宄的過程中逡逑也體現(xiàn)了不同的方法和思路。ＭｃＡｌｉｓｔｅｒＣ．Ｄ＾等把潛水器劃分為觀導(dǎo)控制、有效載荷、逡逑動力、機械、推進五個學(xué)科，應(yīng)用可行性方法優(yōu)化策略進行了總體方案設(shè)計；ＨａｒｔＣ．Ｇｗ逡逑等以潛器快速性、操縱性和結(jié)構(gòu)等為學(xué)科級優(yōu)化模型，把優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定為耐壓結(jié)構(gòu)的制逡逑造費用，將ＭＤＯ與概念設(shè)計相結(jié)合，進行了相關(guān)應(yīng)用與研宄工作；劉蔚％將７０００米級逡逑載人潛水器劃分為載人球殼結(jié)構(gòu)、流體阻力與推進學(xué)科，采用變復(fù)度模型法分析載人球逡逑殼結(jié)構(gòu)，利用水動力實驗擬合流體阻力，其余基于經(jīng)驗公式進行建模，進行了邋７０００米逡逑級載人潛水器總體設(shè)計優(yōu)化工作。逡逑雖然載人潛水器劃分的學(xué)科有時較少
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U674.941

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本文編號：2604187