基于参数化的水下航行器主体结构设计优化研究

发布时间：2021-05-11 12:23

　　水下航行器是人类探索和开发海洋的重要工具,其主要由结构、导航、控制、推进、能源等系统组成。其中,主体结构由耐压和非耐压结构等组成。耐压结构为大量设备提供了布置空间,非耐压结构决定了水下航行器的外形和舷外空间。主体结构对于水下航行器的水动力、总布置、水下安全,乃至维护与使用等诸多方面均有重要的影响。水下航行器主体结构设计是一个典型的多学科、多目标设计过程,传统串行设计模式人为地割裂了其各子系统间的耦合关系,未能将其作为一个整体进行设计,难以获得全局最优结果。本文以一型水下航行器的主体结构为研究对象,将多学科设计优化和参数化方法引入到其中,主要工作内容如下:（1）在对于水下航行器主体结构形式进行分析的基础上,将其划分为耐压壳、非耐压框架、轻外壳和总布置四个子系统,明确了各子系统设计过程的变量,确定了变量之间的关系,采用STAR-CCM+、ABAQUS分别对于艇体阻力、耐压壳结构强度及稳定性等进行了计算,通过与文献及规范进行对比,验证了数值计算方法的准确性。（2）基于编译语言Python与Java分别对结构有限元分析软件ABAQUS和计算流体力学软件STAR-CCM+宏文件进行了二次开发,实... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 论文研究背景与目的意义
    1.2 多学科设计优化概述
        1.2.1 多学科设计优化的提出与发展
        1.2.2 多学科设计优化的概念定义
        1.2.3 多学科设计优化的研究内容
    1.3 水下航行器多学科发展现状
        1.3.1 国外发展现状
        1.3.2 国内发展现状
    1.4 论文的主要研究内容
第2章 子系统设计与分析方法
    2.1 概述
    2.2 耐压壳子系统设计
        2.2.1 耐压壳体设计
        2.2.2 耐压壳体结构有限元理论
        2.2.3 基于有限元理论的耐压壳结构校核
    2.3 非耐压框架子系统设计
        2.3.1 非耐压框架结构设计
        2.3.2 基于有限元理论的非耐压框架结构校核
    2.4 轻外壳子系统设计
        2.4.1 艇型设计
        2.4.2 计算流体力学基本理论
        2.4.3 湍流流场数值计算
    2.5 总布置子系统
    2.6 子系统间关系
    2.7 单元小结
第3章 多学科设计优化方法
    3.1 概述
    3.2 近似模型技术
        3.2.1 设计实验方法
        3.2.2 数学建模方法
    3.3 优化搜索策略
        3.3.1 单目标搜索策略
        3.3.2 多目标搜索策略
    3.4 本章小结
第4章 水下航行器主体结构参数化建模与分析
    4.1 耐压壳体子系统参数化设计研究
        4.1.1 耐压壳体子系统可行域确定
        4.1.2 基于Python语言的二次开发
        4.1.3 耐压壳体结构近似模型建立
        4.1.4 壳体参数对结构性能影响分析
    4.2 非耐压框架结构子系统参数化设计研究
        4.2.1 非耐压框架子系统可行域确定
        4.2.2 基于Python语言的二次开发
        4.2.3 非耐压框架结构近似模型建立
        4.2.4 框架参数对结构性能影响分析
    4.3 轻外壳子系统参数化设计研究
        4.3.1 轻外壳子系统可行域确定
        4.3.2 基于Java语言的二次开发
        4.3.3 回转体轻外壳阻力近似模型建立
        4.3.4 艇体参数对阻力性能影响分析
    4.4 本章小结
第5章 协同优化方法与优化框架构建
    5.1 引言
    5.2 协同优化方法
        5.2.1 协同优化方法的基本思想和框架结构
        5.2.2 边协同优化方法的常见改进
    5.3 基于CO-(NSGA-Ⅱ)的水下航行器协同优化框架构建
        5.3.1 基于CO-(NSGA-Ⅱ)的多目标优化框架
        5.3.2 水下航行器主体结构设计优化框架
    5.4 水下航行器主体结构多目标优化结果
    5.5 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



本文编号：3181402