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舰船平台的多学科设计优化探索研究

潘彬彬  崔维成  
【摘要】:传统的船舶与海洋结构物设计按照设计螺旋线进行,但是设计螺旋线的串行设计流程割裂了学科间的耦合,造成各个设计学科之间的信息交流非常少,这样得到的设计往往只是满足要求的设计,而不是真正的最优设计。所以船舶与海洋工程结构物设计领域的研究人员一直在寻找新的设计方法,来代替设计螺旋线。多学科设计优化作为广泛应用于航空航天,汽车、机械等领域的设计方法,其思想是通过充分利用学科间的耦合作用,使各个学科达到平衡,得到系统的最优设计,恰恰符合船舶设计的上述需要。在这样的背景下,我们开始探讨将多学科设计优化理论引入到船舶与海洋工程结构物设计中需要解决的问题。本论文主要介绍我们对舰船平台多学科设计优化的一些研究成果。内容包括:舰船平台设计的多学科优化数学模型的建立,水动力性能预报的简化方法和CFD数值预报方法,结构强度分析的简化方法和FEM数值分析方法,FEM和CFD在iSIGHT软件中的集成等。对国内的某舰船建立了主要基于经验公式和试验数据回归公式的包括水动力性能和结构性能综合优化的初步模型,获得了初步的多学科优化结果。以该船为具体对象,探讨了用iSIGHT集成Ansys软件需要解决的一些技术问题,掌握了iSIGHT集成Ansys进行优化的流程,将此流程应用于整船有限元模型的结构优化,得到的初步优化模型包含202个设计变量,通过尝试多种优化算法后,最后获得了优化解,为实船应用提供了示例。我们提出了一种改进的母型船变换法,增加了设计变量,使变换程序能够更精细地控制船型,克服了Holtrop法预报船体阻力误差大的问题,为实现iSIGHT集成Shipflow或者Fluent等CFD软件奠定了基础。

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