基于组合算法的VLCC货舱区综合分舱优化
发布时间：2021-11-13 01:29
以VLCC为研究对象,提出一种利用货舱区结构和货油总质量分布曲线综合考虑横舱壁位置、内壳形状和布置型式的货舱区的分舱优化方法。在船舶主尺度确定的情况下,选取横舱壁移动距离和货油质量分布曲线控制点坐标为设计变量,以计算工况中的最大静水弯矩值最小为目标,建立优化数学模型。使用遗传算法与模矢搜索法相结合的组合算法对目标函数进行优化。以某30万吨VLCC实船为例,分析该船在6对压载舱型式和中压载舱型式下对应的最大静水弯矩。结果表明,该方法能有效降低静水弯矩,可为设计人员快速、合理地改进原分舱方案提供借鉴。
【文章来源】：中国造船. 2020,61(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
6对压载舱型式下组合优化迭代结果0255075100125150迭代历程目标函数6463
61卷第4期（总第236期）王高阳，等：基于组合算法的VLCC货舱区综合分舱优化203图4某30万吨VLCC货油质量分布曲线3.2实船计算工况结合该船装载手册，选取7种中拱弯矩和中垂弯矩较大的工况作为计算工况，各工况对应的最大静水弯矩如表2所示，目标函数初始值为6662MNm。基于上述计算工况，本文分别针对6对压载舱型式和中压载舱型式进行优化。表2计算工况初始最大静水弯矩工况序号装载工况最大静水弯矩/(MNm)1典型装载工况NORM.BD64972NORM.BA47093HOM21.5D-34044HOM21.5A-36365隔舱装载工况SEGT3D65646URS11校核工况S11BD_5F6E66627S11BD_5E6E63243.36对压载舱型式优化结果将选取的设计变量预设值输入SPSS软件得到含有64组试验方案的正交表，在此基础上补充原船初始设计方案，最终确定初始种群规模为65，执行优化程序后得到的目标函数迭代历程如图5所示。图56对压载舱型式下组合优化迭代结果由迭代历程可知，遗传算法迭代100代后在较优解6329MNm处收敛，然后采用模矢搜索算法继续在较优解附近搜索，由表3优化前后设计变量取值可知，模矢搜索算法在未改动横舱壁移动距离及p6点横坐标的情况下，调整控制点纵坐标后得到更优解6265MNm。最终，组合优化算法使目标函数降低5.96%。根据表3中横舱壁移动距离可得优化后的各舱舱长变化如下：5#货舱区增长2m，4#货舱遗传算法部分模矢搜索部分0255075100125150迭代历程目标函数/(102MN·m)6766656463050100150200
值设计变量原方案较优解方案最优解方案横舱壁移动距离/mx1022x2022x30-2-2x40-1-1控制点横坐标/mx5283.06283.06283.06控制点纵坐标/(t/m)x6822.44840.18857.02x7985.731037.521061.98x81206.501200.081196.77x91073.841131.431136.56x10575.42551.36557.85图6为6对压载舱型式优化前后的货油质量分布曲线，从图6中控制点坐标的变化可以看出，优化后货舱区两端单位长度油舱储油量增加，而中部区域单位长度油舱储油量降低。图66对压载舱型式下优化前后货油质量分布曲线优化前该船最大静水弯矩对应工况6，优化后最大静水弯矩对应工况7，两者均属于URS11校核工况，两种工况优化前后的静水载荷如图7和图8所示。工况6优化后的静水剪力峰值未明显改变，而静水弯矩的峰值和围成的面积都明显降低；工况7静水弯矩与静水剪力的峰值未发生改变，但静水弯矩围成的面积也有明显降低。图76对压载舱型式下，工况6优化前后的静水弯矩与剪力沿船长分布050100150200250300350船长L/m静水弯矩MB/(102MN·m)806040200-20-40优化前优化后静水弯矩静水剪力20151050-5-10静水剪力Fs/(104kN)050100150200250300350船长L/m满载货油质量分布/(t/m)1400120010008006000优化前优化后
【参考文献】：
期刊论文
[1]“穷举法”在油船货油舱分舱优化设计中的应用[J]. 顾柳婷,夏利娟,刘奕谦. 船舶工程. 2019(03)
[2]超大型油船分舱方案优化设计研究[J]. 张建波,强兆新,郝金凤,韩琳. 中国造船. 2017(01)
[3]基于风险最小化思想的油船分舱设计研究[J]. 荆明阳,张佳宁,张雷,金梦显. 中国造船. 2016(01)
[4]Research on the Optimization Approach for Cargo Oil Tank Design Based on the Improved Particle Swarm Optimization Algorithm[J]. 姜文英,林焰,陈明,于雁云. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2015(05)
[5]基于提高舰船不沉性的分舱优化[J]. 吕振望,马坤,姜彭,纪卓尚. 中国造船. 2015(03)
[6]超大型油船压载水舱分舱的优化研究[J]. 尚保国. 船舶. 2011(06)
硕士论文
[1]基于分舱的船体梁静水载荷综合优化[D]. 顾柳婷.上海交通大学 2019
[2]超宽浅吃水双尾鳍30万吨超大型油船船型前期开发研究[D]. 顾雅娟.中国船舶及海洋工程设计研究院 2003
本文编号：3492040
【文章来源】：中国造船. 2020,61(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
6对压载舱型式下组合优化迭代结果0255075100125150迭代历程目标函数6463
61卷第4期（总第236期）王高阳，等：基于组合算法的VLCC货舱区综合分舱优化203图4某30万吨VLCC货油质量分布曲线3.2实船计算工况结合该船装载手册，选取7种中拱弯矩和中垂弯矩较大的工况作为计算工况，各工况对应的最大静水弯矩如表2所示，目标函数初始值为6662MNm。基于上述计算工况，本文分别针对6对压载舱型式和中压载舱型式进行优化。表2计算工况初始最大静水弯矩工况序号装载工况最大静水弯矩/(MNm)1典型装载工况NORM.BD64972NORM.BA47093HOM21.5D-34044HOM21.5A-36365隔舱装载工况SEGT3D65646URS11校核工况S11BD_5F6E66627S11BD_5E6E63243.36对压载舱型式优化结果将选取的设计变量预设值输入SPSS软件得到含有64组试验方案的正交表，在此基础上补充原船初始设计方案，最终确定初始种群规模为65，执行优化程序后得到的目标函数迭代历程如图5所示。图56对压载舱型式下组合优化迭代结果由迭代历程可知，遗传算法迭代100代后在较优解6329MNm处收敛，然后采用模矢搜索算法继续在较优解附近搜索，由表3优化前后设计变量取值可知，模矢搜索算法在未改动横舱壁移动距离及p6点横坐标的情况下，调整控制点纵坐标后得到更优解6265MNm。最终，组合优化算法使目标函数降低5.96%。根据表3中横舱壁移动距离可得优化后的各舱舱长变化如下：5#货舱区增长2m，4#货舱遗传算法部分模矢搜索部分0255075100125150迭代历程目标函数/(102MN·m)6766656463050100150200
值设计变量原方案较优解方案最优解方案横舱壁移动距离/mx1022x2022x30-2-2x40-1-1控制点横坐标/mx5283.06283.06283.06控制点纵坐标/(t/m)x6822.44840.18857.02x7985.731037.521061.98x81206.501200.081196.77x91073.841131.431136.56x10575.42551.36557.85图6为6对压载舱型式优化前后的货油质量分布曲线，从图6中控制点坐标的变化可以看出，优化后货舱区两端单位长度油舱储油量增加，而中部区域单位长度油舱储油量降低。图66对压载舱型式下优化前后货油质量分布曲线优化前该船最大静水弯矩对应工况6，优化后最大静水弯矩对应工况7，两者均属于URS11校核工况，两种工况优化前后的静水载荷如图7和图8所示。工况6优化后的静水剪力峰值未明显改变，而静水弯矩的峰值和围成的面积都明显降低；工况7静水弯矩与静水剪力的峰值未发生改变，但静水弯矩围成的面积也有明显降低。图76对压载舱型式下，工况6优化前后的静水弯矩与剪力沿船长分布050100150200250300350船长L/m静水弯矩MB/(102MN·m)806040200-20-40优化前优化后静水弯矩静水剪力20151050-5-10静水剪力Fs/(104kN)050100150200250300350船长L/m满载货油质量分布/(t/m)1400120010008006000优化前优化后
【参考文献】：
期刊论文
[1]“穷举法”在油船货油舱分舱优化设计中的应用[J]. 顾柳婷,夏利娟,刘奕谦. 船舶工程. 2019(03)
[2]超大型油船分舱方案优化设计研究[J]. 张建波,强兆新,郝金凤,韩琳. 中国造船. 2017(01)
[3]基于风险最小化思想的油船分舱设计研究[J]. 荆明阳,张佳宁,张雷,金梦显. 中国造船. 2016(01)
[4]Research on the Optimization Approach for Cargo Oil Tank Design Based on the Improved Particle Swarm Optimization Algorithm[J]. 姜文英,林焰,陈明,于雁云. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2015(05)
[5]基于提高舰船不沉性的分舱优化[J]. 吕振望,马坤,姜彭,纪卓尚. 中国造船. 2015(03)
[6]超大型油船压载水舱分舱的优化研究[J]. 尚保国. 船舶. 2011(06)
硕士论文
[1]基于分舱的船体梁静水载荷综合优化[D]. 顾柳婷.上海交通大学 2019
[2]超宽浅吃水双尾鳍30万吨超大型油船船型前期开发研究[D]. 顾雅娟.中国船舶及海洋工程设计研究院 2003
本文编号：3492040
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