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多学科设计优化在风电运维船的研究与应用

发布时间:2018-01-14 17:05

  本文关键词:多学科设计优化在风电运维船的研究与应用 出处:《华南理工大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 多学科设计优化方法 风电运维船 协同优化算法 Pareto最优解


【摘要】:现代船舶设计往往是一项涉及多学科、多领域的系统工程,其中涉及到如浮性、阻力、结构、稳性、耐波性等学科,同时各个学科之间相互耦合、相互影响。而传统的船舶设计过程是一种串列进行的设计模式,这一过程往往无法充分考虑不同学科之间的相互联系,降低了最终优化结果的可行性,通常得不到真正的系统整体最优解。因此,本文将多学科设计优化方法引入到船舶设计的过程中,并且以风电运维船的设计优化任务为算例,详细介绍优化过程中涉及的理论方法和相关流程。风电运维船作为一种新型的特种船舶,其实际用途要求该船必须具备良好的阻力性能和耐波性,同时结构上还应当满足规范的要求。根据设计优化的目标,本文将风电运维船优化问题按照协同优化算法的框架分解为阻力、结构和耐波性三个子学科。在子学科的分析过程中,详细介绍了其中所应用的理论方法以及计算软件。在学科的分析过程中,存在着建模复杂、计算耗时的问题,若是直接将其用于风电运维船的优化问题中,必将导致优化设计的周期过长。本文中,将近似模型集成到多学科设计优化框架中,利用拉丁超立方试验设计方法完成样本点的选取,然后采用三种不同的近似模型方法建立近似模型,通过对模型精度的评价,选出最佳的近似模型方法。在完成子学科近似模型的建立之后,根据协调优化算法的框架构建出该优化问题的数学模型。为求解出该数学模型的最优解,需要进行多目标优化问题的求解。本文对其中的一种求解方法——非支配排序遗传算法进行了介绍,并运用该算法求解出该优化问题的Pareto最优解集。在最优解集中选取了三个Pareto解进行比较分析,以其中较为均衡的解作为风电运维船优化问题的最优方案。另外,本文还将最优方案与实际的理论计算结果进行了比较,验证了文中求解方法的有效性。本文利用多学科设计优化方法完成风电运维船概念设计中的优化任务,为多学科设计优化方法在船舶和海洋工程领域的进一步应用积累了经验。
[Abstract]:Modern ship design is often a multi-disciplinary, multi-domain system engineering, which involves such disciplines as floatability, resistance, structure, stability, wave resistance, and so on. At the same time, each discipline is coupled with each other. The traditional ship design process is a serial design pattern, which often fails to fully consider the interrelation between different disciplines, which reduces the feasibility of the final optimization results. Therefore, this paper introduces the multidisciplinary design optimization method into the ship design process, and takes the wind power operation and maintenance ship design optimization task as an example. As a new type of special ship, the practical use of the ship requires that the ship must have good resistance performance and wave resistance. At the same time, the structure should also meet the requirements of the specification. According to the design optimization objectives, this paper decomposes the wind power ship optimization problem into resistance according to the framework of cooperative optimization algorithm. In the analysis process of the subdiscipline, the theoretical method and the calculation software are introduced in detail. In the course of the analysis of the subject, the modeling is complicated. If it is directly used in the optimization of wind power operation and maintenance ship, the period of optimization design will be too long. In this paper, the approximate model is integrated into the multidisciplinary design optimization framework. The Latin hypercube experimental design method is used to select the sample points, and then three different approximate model methods are used to establish the approximate model, and the accuracy of the model is evaluated. The optimal approximate model method is selected. After the subdiscipline approximate model is established, the mathematical model of the optimization problem is constructed according to the framework of the coordinated optimization algorithm. In order to solve the optimal solution of the mathematical model. It is necessary to solve the multi-objective optimization problem. In this paper, an undominated sorting genetic algorithm, which is one of the solving methods, is introduced. The Pareto optimal solution set of the optimization problem is solved by using the algorithm. Three Pareto solutions are selected in the optimal solution set for comparative analysis. The more balanced solution is used as the optimal scheme for wind power ship operation and maintenance optimization problem. In addition, the optimal scheme is compared with the actual theoretical results. The effectiveness of the method is verified. In this paper, multidisciplinary design optimization method is used to complete the optimization task in the conceptual design of wind power operation and maintenance ship. It has accumulated experience for the further application of multidisciplinary design optimization method in the field of ship and marine engineering.
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U674.3

【参考文献】

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本文编号:1424490

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