基于cfd舰船航行性能多目标优化设计地研究

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1、AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringAStudyonMulti-ObjeciveOptimizationofShipNavigationPerformanceBasedonCFDCandidate:HuTengfeiMajor:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureSupervisor:WangXianzhouHuazhon

2、gUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary25,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保

3、留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要航行性能设计是舰艇总体设计中至关重要的环节之一，涉及到快速性、操纵性和耐波性的相互关系及总体综合优化。传统的船型设计方法已经难以满足日益提高的任务要求，因此需要研究新的船型

4、设计理论和方法。目前将最优化技术引入船舶设计领域，并与CFD技术相结合已经成为船舶设计领域研究的前沿重点。本文对国内外研究现状进行评述，并对最优化技术和CFD方法进行分析，结合CFD数值计算方法，建立了船型优化设计框架，最后以阻力和耐波性为目标进行了多目标优化设计研究。首先介绍了多目标优化问题和Pareto解集的概念，分析了几种常见的多目标优化算法，并且分别采用不同的优化算法及其参数组合针对一个实例进行优化，然后通过分析其优化效率及优化结果，以确定最适用于本研究的多目标优化算法。其次，通过正交试验方法进行系列船型的选型，并利用验证过的CFD

5、计算方法得到耐波性学科的数据库。在此基础上，采用近似模型技术建立高精度的响应面，并对系列船型目标值进行预报，验证代理模型的准确性和可靠性。构建了基于CFD技术的舰船航行性能输入参数与输出参数近似模型，为后续开展船型优化设计提供了基础。再次，以典型的DTMB5415船型作为研究对象，设计航速下的总阻力系数和耐波性参数作为优化目标，建立基于Isight优化软件的优化设计框架。然后对航行性能的优化模型进行优化，得到满足约束条件的情况下的所有Pareto解。最后，简要介绍了多目标决策分析方法。然后采用层次分析法对得到的Pareto解进行打分排序，将

6、得到的基于决策者偏好的最优方案与通过归一加权法转化为单目标进行优化得到的结果进行比较，结果表明：多目标优化设计方法具有明显的优势，并且基于CFD的多目标优化设计思路在对舰船的航行性能问题上具有很好的适用性和可靠性。关键词：多目标优化设计航行性能粒子群优化算法近似模型I万方数据华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTRelatedtotheinterrelationbetweentheshipperformanceonpowering,seakeepingandmaneuveringandthewholecomplexoptimization

7、,thenavigationperformanceisoneofthemostessentialpartsintheshipdesignmentandoptimization.Whilethetraditionaldesignmethodcouldnotmeettheincreasingrequirement,it’simportanttodevelopnewwaysandtheories.It’stheforefrontfocusintheworldthattointroducetheoptimizationtechniquesintot

8、hefiledofshipdesignment.Inthispaper,numerousinternationalresearchesaresummarizedandreview