三体车客渡船多学科优化研究

摘要

高速三体船作为一种高性能船型，在稳性、阻力、耐波性等多个方面都极具优势。但在船型设计优化过程中，各项性能并未能协调统一地向同一个方向优化，所以根据实际需求提升目标船型的整体性能才是现代船舶设计的趋势。多学科设计优化方法适用于求解复杂的系统工程问题，本文采用多学科设计优化方法结合三体船多方面的性能分析，针对实际三体车客渡船的综合性能进行多学科设计优化。
　　根据高速三体车客渡船的船型特点和设计需求，本文选用与侧体布局有关的设计变量，构建了基于近似模型的MDF优化框架，包含了稳性、阻力、耐波性和总布置4个子学科的分析过程。
　　各子学科均构建了适于多学科优化分析的数学模型。结合IMO《高速船安全规则》分析了高速三体车客渡船在几个典型载况下的稳性，并选取危险载况下有关复原力臂的衡准作为稳性学科模型。基于 FLUENT计算了三体船模型的总阻力，用三因次方法换算的实船阻力作为阻力学科模型。耐波性学科基于AQWA对三体船进行频域分析，将6级海况横浪条件下的横摇运动响应有义值作为本文的简化耐波性指标。总布置学科中，船型变换对各层甲板面积有所影响，本文设计了车辆、旅客装载量的分段函数分析模型。
　　本文在多学科分析的系统层中构建了以运输成本为指标的经济性模型，模型分析中涉及阻力和总布置学科。在Isight中将系统分析和各子学科近似模型搭建成MDF框架，以经济性和耐波性两个指标为目标函数，采用 NSGA-Ⅱ算法对三体车客渡船进行多学科多目标优化。
　　设计了总阻力最小、运输成本最小的单目标优化和总布置模型变换后的多目标优化3个方案，对比分析原优化问题结果，得到了理想的优化船型。该船型相较原始船型虽牺牲了最优的阻力性能，但得到了经济性和耐波性最佳的方案。

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第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2 三体船性能国内外研究概述

1.3 多学科设计优化研究现状

1.4 论文主要内容

第2章 多学科设计优化框架研究

2.1概述

2.2 多学科设计优化框架

2.3 试验设计方法

2.4 近似模型技术

2.5 三体车客渡船多学科优化框架设计

2.6 本章小结

第3章 三体车客渡船学科设计与分析

3.1 船型设计

3.2 稳性学科分析

3.3 阻力性能学科分析

3.4 耐波性学科分析

3.5 总布置学科分析

3.6 本章小结

第4章 三体车客渡船多学科设计优化

4.1 系统层成本模型

4.2 子学科近似模型

4.3 基于Isight多学科设计优化

4.4 优化方案对比分析

4.5 优化船型结果对比

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢