本文關(guān)鍵詞：船舶主船體高效率布置設(shè)計(jì)方法研究

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【摘要】：船舶設(shè)計(jì)是一項(xiàng)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的系統(tǒng)工程。在船舶總體設(shè)計(jì)的過(guò)程中,設(shè)計(jì)者在滿足法規(guī)規(guī)范和設(shè)計(jì)任務(wù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)船舶設(shè)計(jì)螺旋理論,逐步完成各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù),最終獲得滿足要求的船舶設(shè)計(jì)方案。由于受到傳統(tǒng)船舶設(shè)計(jì)方法的限制,即使應(yīng)用現(xiàn)有最先進(jìn)的設(shè)計(jì)平臺(tái),船舶設(shè)計(jì)過(guò)程也只能沿設(shè)計(jì)螺旋單向進(jìn)行。這種單向進(jìn)行的設(shè)計(jì)過(guò)程沒(méi)有充分反應(yīng)出船舶各設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系,前面節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)結(jié)果只能作為后續(xù)節(jié)點(diǎn)的固定設(shè)計(jì)背景,不能有效地對(duì)各設(shè)計(jì)方案進(jìn)行即時(shí)的反饋和修改,局部的修改將會(huì)導(dǎo)致關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)任務(wù)的全部重新設(shè)計(jì),降低了船舶總體設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)效率。因此,本論文在傳統(tǒng)船舶設(shè)計(jì)螺旋的基礎(chǔ)上,提出了一種使螺旋雙向可逆的船舶設(shè)計(jì)方法和理念。在船舶各項(xiàng)任務(wù)的設(shè)計(jì)過(guò)程中預(yù)制關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)任務(wù)所需的設(shè)計(jì)參考和設(shè)計(jì)約束,使船舶各設(shè)計(jì)過(guò)程的特征和屬性相互關(guān)聯(lián)起來(lái)。在各設(shè)計(jì)任務(wù)之間實(shí)現(xiàn)局部范圍的螺旋設(shè)計(jì)過(guò)程,從而提高船舶總體設(shè)計(jì)的效率。分別針對(duì)船體線型設(shè)計(jì)、船舶分艙布置和船舶機(jī)艙規(guī)劃等幾個(gè)重要的船舶設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的雙向可逆設(shè)計(jì)理念的具體應(yīng)用展開(kāi)一系列研究工作,具體研究?jī)?nèi)容包括以下幾點(diǎn)：基于傳統(tǒng)線型圖和型值表的船體線型表達(dá)方法,分析船體線型各設(shè)計(jì)元素之間的層次結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系,提出了船體線型的基于特征屬性關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。研究船舶各節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)過(guò)程所需的形狀參考和位置參考,通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)方法將參考信息歸納到船體線型設(shè)計(jì)過(guò)程中,建立船體線型與其它設(shè)計(jì)任務(wù)之間的聯(lián)系。提出了船體線型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的信息化的表達(dá)方法和參數(shù)化的三維建模方法,支持船體線型的快速設(shè)計(jì)和修改過(guò)程,并實(shí)現(xiàn)后續(xù)設(shè)計(jì)對(duì)船體線型的逆向反饋設(shè)計(jì)過(guò)程。根據(jù)船體線型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),分別從整體和局部對(duì)船體線型進(jìn)行變換和修改,從而驗(yàn)證船體線型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在船體線型設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)作用。基于屬性化的船體線型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),分析不同類(lèi)型船舶主船體貨艙內(nèi)殼的結(jié)構(gòu)形式,提出了貨艙內(nèi)殼結(jié)構(gòu)的參數(shù)化表達(dá)方法。研究主船體內(nèi)殼結(jié)構(gòu)的形狀和構(gòu)成,通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)方法定義內(nèi)殼各組成部分的位置和尺寸。提出了改進(jìn)的粒子群算法,在滿足法規(guī)和規(guī)范要求的基礎(chǔ)上,以最大化貨艙容積和最小化壓載艙容積為優(yōu)化目標(biāo),對(duì)貨艙內(nèi)殼結(jié)構(gòu)的各形狀參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)50000 DWT成品油船和174000 DWT散貨船的主船體貨艙內(nèi)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,驗(yàn)證改進(jìn)粒子群算法在船舶分艙優(yōu)化布置問(wèn)題中的有效性和先進(jìn)性。基于參數(shù)化的船舶分艙布置方案,分析船舶管路布置的基本特性和約束條件,建立船舶管路優(yōu)化布置的數(shù)學(xué)模型。提出了改進(jìn)的蟻群遺傳算法優(yōu)化船舶單管路布置問(wèn)題,該算法通過(guò)將蟻群算法和遺傳算法相結(jié)合,依據(jù)船舶管路的布置方法制定相應(yīng)的計(jì)算策略等方式,提高改進(jìn)的蟻群遺傳算法的計(jì)算性能。還提出了相同種群且種群間為互利共生關(guān)系的協(xié)同進(jìn)化算法優(yōu)化船舶多管路布置問(wèn)題,該算法以改進(jìn)的蟻群遺傳算法作為各種群進(jìn)化方法,獲得各管路路徑相互配合的最優(yōu)布置方案。分別通過(guò)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程算例,驗(yàn)證了兩種算法求解船舶管路優(yōu)化布置問(wèn)題中的可行性和先進(jìn)性�；诖皺C(jī)艙布置的基本流程和基本準(zhǔn)則,分析船舶機(jī)艙內(nèi)設(shè)備布置和管路布局之間的設(shè)計(jì)關(guān)系,建立船舶機(jī)艙優(yōu)化布置的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)船舶機(jī)艙中設(shè)備位置和管路路徑之間的位置約束,提出不同種群且種群間為互利共生關(guān)系的協(xié)同進(jìn)化算法優(yōu)化船舶機(jī)艙布置問(wèn)題,該算法分別采用粒子群算法和改進(jìn)的蟻群遺傳算法對(duì)代表設(shè)備和管路的種群執(zhí)行進(jìn)化過(guò)程,獲得使設(shè)備位置和管路路徑都能夠達(dá)到最優(yōu)布置效果的船舶機(jī)艙布置方案。并將該算法分別應(yīng)用于數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程算例驗(yàn)證,驗(yàn)證該協(xié)同進(jìn)化算法在求解船舶機(jī)艙優(yōu)化布置問(wèn)題中的可行性和先進(jìn)性。針對(duì)船舶設(shè)計(jì)過(guò)程中各設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)間缺乏聯(lián)系降低設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率的問(wèn)題,本文提出沿船舶設(shè)計(jì)螺旋雙向可逆的設(shè)計(jì)方法,以船體線型的基于特征屬性關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),分別對(duì)船舶分艙布置、管路布局和船舶機(jī)艙規(guī)劃等設(shè)計(jì)過(guò)程展開(kāi)研究,提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化方法。對(duì)于解決不同設(shè)計(jì)過(guò)程之間有針對(duì)性的修改、避免盲目的重復(fù)設(shè)計(jì),以及提高船舶的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率具有重要的研究意義。
【關(guān)鍵詞】：船舶總體設(shè)計(jì) 線型表達(dá)與設(shè)計(jì) 主船體分艙 管路布置 機(jī)艙布置 設(shè)計(jì)螺旋線法 智能優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U662
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-29
• 1 緒論29-58
• 1.1 研究背景及意義29-32
• 1.1.1 研究的背景29-30
• 1.1.2 研究的意義30-32
• 1.2 本文涉及船舶設(shè)計(jì)內(nèi)容國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展32-41
• 1.2.1 船體線型表達(dá)和設(shè)計(jì)方法32-34
• 1.2.2 船舶分艙布置設(shè)計(jì)方法34-37
• 1.2.3 船舶管路布置設(shè)計(jì)方法37-39
• 1.2.4 船舶機(jī)艙布置設(shè)計(jì)方法39-41
• 1.3 本文涉及智能優(yōu)化算法基本理論41-55
• 1.3.1 粒子群算法42-46
• 1.3.2 蟻群算法46-49
• 1.3.3 遺傳算法49-53
• 1.3.4 協(xié)同進(jìn)化算法53-55
• 1.4 研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)55-58
• 2 船體線型的表達(dá)和設(shè)計(jì)方法研究58-91
• 2.1 船體線型設(shè)計(jì)的雙向可逆設(shè)計(jì)過(guò)程59-60
• 2.2 船體線型的直角坐標(biāo)系60
• 2.3 船體線型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)60-71
• 2.3.1 設(shè)計(jì)元素間的層次關(guān)系61-64
• 2.3.2 設(shè)計(jì)元素的屬性信息64-71
• 2.4 船體線型的屬性化表達(dá)71-80
• 2.4.1 參考平面的表達(dá)方法71-72
• 2.4.2 截面相交線的表達(dá)方法72-74
• 2.4.3 型值點(diǎn)的表達(dá)方法74-76
• 2.4.4 船體線型的屬性化表達(dá)匯總76
• 2.4.5 船體線型的屬性化表達(dá)應(yīng)用76-80
• 2.5 船體線型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在船型變換中的應(yīng)用80-89
• 2.5.1 基于整體的船型變換過(guò)程82-85
• 2.5.2 基于局部的船型修改過(guò)程85-89
• 2.6 結(jié)論89-91
• 3 船舶分艙優(yōu)化布置方法研究91-130
• 3.1 船舶分艙布置的雙向可逆設(shè)計(jì)過(guò)程92-93
• 3.2 貨船主船體劃分的基本準(zhǔn)則93-94
• 3.3 貨艙內(nèi)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法94-106
• 3.3.1 內(nèi)殼結(jié)構(gòu)的參數(shù)化表達(dá)方法94-99
• 3.3.2 基于參數(shù)化表達(dá)的艙容計(jì)算方法99-102
• 3.3.3 基于參數(shù)化表達(dá)的三維設(shè)計(jì)模型102-106
• 3.4 船舶分艙優(yōu)化布置的數(shù)學(xué)模型106-109
• 3.4.1 分艙布置的目標(biāo)函數(shù)106-107
• 3.4.2 分艙布置的設(shè)計(jì)變量107-108
• 3.4.3 分艙布置的約束條件108-109
• 3.5 船舶分艙優(yōu)化的改進(jìn)粒子群算法109-112
• 3.5.1 改進(jìn)粒子群算法的計(jì)算過(guò)程109-110
• 3.5.2 改進(jìn)粒子群算法的實(shí)現(xiàn)方法110-112
• 3.6 算例112-123
• 3.6.1 50000 DWT成品油船算例112-118
• 3.6.2 174000 DWT散貨船算例118-123
• 3.7 改進(jìn)粒子群算法計(jì)算參數(shù)敏感性分析123-129
• 3.7.1 粒子數(shù)量對(duì)計(jì)算性能的影響123-125
• 3.7.2 慣性權(quán)重對(duì)計(jì)算性能的影響125-127
• 3.7.3 學(xué)習(xí)因子對(duì)計(jì)算性能的影響127-128
• 3.7.4 敏感性分析總結(jié)128-129
• 3.8 結(jié)論129-130
• 4 船舶單管路優(yōu)化布置方法研究130-169
• 4.1 船舶管路布置的約束條件131-132
• 4.2 船舶單管路優(yōu)化布置的數(shù)學(xué)模型132-135
• 4.2.1 單管路布置的目標(biāo)函數(shù)132-133
• 4.2.2 單管路布置的設(shè)計(jì)變量133-135
• 4.3 船舶單管路優(yōu)化的改進(jìn)蟻群遺傳算法135-148
• 4.3.1 改進(jìn)蟻群遺傳算法的改進(jìn)和創(chuàng)新點(diǎn)136-143
• 4.3.2 改進(jìn)蟻群遺傳算法的計(jì)算過(guò)程143-146
• 4.3.3 改進(jìn)蟻群遺傳算法的實(shí)現(xiàn)方式146-148
• 4.4 算例148-161
• 4.4.1 單管路優(yōu)化布置的數(shù)值模擬算例148-156
• 4.4.2 單管路優(yōu)化布置的實(shí)際工程算例156-161
• 4.5 改進(jìn)蟻群遺傳算法參數(shù)的敏感性分析161-167
• 4.5.1 螞蟻數(shù)量對(duì)計(jì)算性能的影響161-163
• 4.5.2 變異概率對(duì)計(jì)算性能的影響163-165
• 4.5.3 信息素剩余對(duì)計(jì)算性能的影響165-166
• 4.5.4 敏感性分析總結(jié)166-167
• 4.6 結(jié)論167-169
• 5 船舶多管路優(yōu)化布置方法研究169-209
• 5.1 船舶管路布置的雙向可逆設(shè)計(jì)過(guò)程169-170
• 5.2 船舶多管路布置的基本特征170-172
• 5.3 船舶多管路優(yōu)化布置的數(shù)學(xué)模型172-176
• 5.3.1 多管路布置的目標(biāo)函數(shù)172
• 5.3.2 多管路布置的設(shè)計(jì)變量172-176
• 5.4 船舶多管路優(yōu)化的協(xié)同進(jìn)化算法176-184
• 5.4.1 協(xié)同進(jìn)化算法的改進(jìn)和創(chuàng)新點(diǎn)177-181
• 5.4.2 協(xié)同進(jìn)化算法的計(jì)算過(guò)程181-183
• 5.4.3 協(xié)同進(jìn)化算法的實(shí)現(xiàn)方式183-184
• 5.5 算例184-203
• 5.5.1 多管路優(yōu)化布置的數(shù)值模擬算例185-190
• 5.5.2 分支管路優(yōu)化布置的數(shù)值模擬算例190-193
• 5.5.3 混合管路優(yōu)化布置的數(shù)值模擬算例193-196
• 5.5.4 多管路優(yōu)化布置的實(shí)際工程算例196-203
• 5.6 協(xié)同進(jìn)化算法參數(shù)的敏感性分析203-207
• 5.6.1 螞蟻數(shù)量對(duì)計(jì)算性能的影響203-204
• 5.6.2 變異概率對(duì)計(jì)算性能的影響204-205
• 5.6.3 信息素剩余對(duì)計(jì)算性能的影響205-206
• 5.6.4 敏感性分析總結(jié)206-207
• 5.7 結(jié)論207-209
• 6 船舶機(jī)艙優(yōu)化布置方法研究209-238
• 6.1 船舶機(jī)艙布置的雙向可逆設(shè)計(jì)過(guò)程209-210
• 6.2 船舶機(jī)艙布置的基本特征210-213
• 6.2.1 機(jī)艙布置的流程210-211
• 6.2.2 機(jī)艙布置的基本準(zhǔn)則211-213
• 6.3 船舶機(jī)艙優(yōu)化布置的數(shù)學(xué)模型213-220
• 6.3.1 機(jī)艙布置的口標(biāo)函數(shù)213-214
• 6.3.2 機(jī)艙布置的設(shè)計(jì)變量214-217
• 6.3.3 機(jī)艙布置的約束條件217-220
• 6.4 船舶機(jī)艙優(yōu)化的協(xié)同進(jìn)化算法220-225
• 6.4.1 協(xié)同進(jìn)化算法的計(jì)算策略221-222
• 6.4.2 協(xié)同進(jìn)化算法的計(jì)算過(guò)程222-224
• 6.4.3 協(xié)同進(jìn)化算法的實(shí)現(xiàn)方式224-225
• 6.5 算例225-237
• 6.5.1 機(jī)艙優(yōu)化布置的數(shù)值模擬算例225-230
• 6.5.2 機(jī)艙優(yōu)化布置的實(shí)際工程算例230-237
• 6.6 結(jié)論237-238
• 7 結(jié)論與展望238-241
• 7.1 結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)238-239
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)摘要239-240
• 7.3 展望240-241
• 參考文獻(xiàn)241-252
• 附錄 優(yōu)化算法的偽代碼252-276
• [1] 船舶分艙布置優(yōu)化算法的偽代碼252-255
• [2] 船舶單管路布置優(yōu)化算法的偽代碼255-261
• [3] 船舶多管路布置優(yōu)化算法的偽代碼261-268
• [4] 船舶機(jī)艙布置優(yōu)化算法的偽代碼268-276
• 攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果276-278
• 致謝278-279
• 作者簡(jiǎn)介279-280

，

本文編號(hào)：658758