破损渔船快速扶正方案优化设计方法研究

发布时间：2020-11-06 02:19

　　 随着我国经济的高速发展,人口数量的不断增加,近年对渔业资源的需求不断增加,致使渔船数量急剧增加。总体来讲,我国渔船装备技术相对落后,渔船因环境和人为因素(风、浪、流、触礁、碰撞等)造成的破损沉没事件不断发生。渔船破损后,如何快速得到合理有效的扶正方案是关键问题之一。扶正方案的好坏,不仅直接决定着扶正完成后渔船的浮态、稳性、结构强度等诸多性能指标,还决定着扶正过程中破损渔船的安全性。目前破损渔船扶正方案的设计,多根据渔船装载手册或渔船稳性报告书,采用人工经验法,生成抗沉标板图,供渔民参考。对于舱室较多的大型渔船,由于存在的扶正方案数量较多,采用人工经验法很难快速求得最佳扶正方案。人工经验法对设计人员的经验丰富程度依赖很大,对经验不足的设计人员,存在反复计算工作量大、设计速度慢、不能快速求得有效扶正方案的问题。破损渔船扶正方案的设计,属于多个非线性约束的多目标组合优化问题。当可用于扶正的舱室较多时,可能的组合方案数量会爆炸式增多,不易从中求得最优解。针对这一问题,本文从设计新的扶正方案求解方法入手,研究具有针对渔船特性的扶正方案求解方法。研究目标是在综合考虑渔船扶正过程中各项性能指标安全性的前提下,实现破损渔船最优扶正方案的自动、快速和高效的求解。主要研究内容及创新点:(1)总结分析破损渔船扶正问题,研究渔船的扶正原则和扶正方法。以船舶不沉性理论为基础,结合迭代和累加的思想,将破损渔船从破损终止状态到扶正终止状态的过程划分为多次排出载荷或多次注入载荷的累积,详细计算和分析破损渔船在扶正过程中浮态、稳性和船体梁强度等性能指标的变化规律,研究破损渔船在扶正过程中,因浮性、稳性、船体梁强度等指标超出安全范围而造成二次损害,甚至直接导致船体倾覆或船体梁断裂的可能性。(2)针对传统的人工经验法不能快速得到最优扶正方案的问题,提出了一种针对是否使用鱼舱进行扶正船体的扶正策略和新的扶正方案求解方法。综合考虑扶正过程中各项性能指标(浮态、稳性和船体梁强度等)的安全要求,建立了破损渔船快速扶正方案设计问题的多目标优化数学模型,并引入多目标遗传算法中改进的NSGA-Ⅱ算法对其进行求解。算法中采用了基于Deb的非支配排序的多目标进化策略,提出了一种随迭代次数变化的交叉变异概率赋值方法。与传统的直接将多目标问题转化为单目标问题进行求解的方法(例如对多目标进行加权求和法)相比,避免了权重系数和归一化系数的设定。利用Matlab软件对破损渔船快速扶正方案设计问题的求解进行了编码实现,并以一艘围网渔船的破损扶正方案设计问题为例进行了数值实验。实验结果证明了使用本文方法可以快速有效的求得工程满意的解,该方法具有一定的工程实用价值。综上所述,本文以破损渔船快速扶正方案设计为研究内容,综合考虑扶正过程中渔船各项性能指标的安全性,提出了一种基于多目标遗传算法的快速扶正方案优化设计方法。希望该方法能为破损渔船扶正方案的设计提供一定的方法支撑。
【学位单位】：大连海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U674.4
【部分图文】：

NO.1 淡水舱 S 3 4.75NO.1 燃油舱 P 4 6.02NO.1 燃油舱 S 5 6.02NO.2 燃油舱 P 6 4.7NO.2 燃油舱 S 7 4.7NO.3 燃油舱 P 8 7.95NO.3 燃油舱 S 9 7.95空舱 10 10.6NO.1 鱼舱 11 51.15NO.2 鱼舱 12 58.39NO.3 鱼舱 13 49.73

3.3.2 数值实验设置本文假设渔船在满载返航时，发生艏尖舱+杂物舱（P）破损，破损情况如表 3.3 所示。采用传统人工经验方法，根据渔船装载手册，扶正船体措施的快慢以及选取较优舱室的原则，最终选取对角灌注的方法并选取 NO.3 燃油舱（S）作为扶正舱室对船体进行扶正操作，不考虑油水混合的情况下，将 5.34t 海水注入 NO.3 燃油舱（S）内。破损舱室与扶正舱室的布置，如图 3.2 所示。

图 4.1 非支配排序与拥挤度排序[68]Fig.4.1 Non-dominant ordering and crowding distance sort束优化问题转化成多目标优化问题的关键就是定义约束违反度。本文采用公解 Xi 的约束违反程度：( )10 00nj iiij j i jjg HHH XPg H g= ≤ == > = （： ( )iH X 为解iX 的约束违反程度。jg 为第 j 个约束值；本文 j=1，2，3，4，5；jP 为第 j 个约束的性能指标允许值。约束违反程度实质上可以认为是解 Xi到可行域的距离。解 Xi 离可行域越远度越大，反之越小。当解 Xi为可行时，约束违反程度为零。
【参考文献】

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本文编号：2872524