基于参数化的水下航行器主体结构设计优化研究

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1、分类号：密级：公开UDC：编号：工学硕士学位论文基于参数化的水下航行器主体结构设计优化研究硕士研究生：苗怡然指导教师：高良田教授学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造论文主审人：秦洪德教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：公开UDC：编号：工学硕士学位论文基于参数化的水下航行器主体结构设计优化研究硕士研究生：苗怡然指导教师：高良田教授学位级别：工学硕士学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年1月4日论文答辩日期：2018年3月13日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex

2、:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngParameterizationOptimizationofAutonomousUnderwaterVehicleMainStructureCandidate:MiaoYiranSupervisor:Prof.GaoLiangtianAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureDate

3、ofSubmission:Jan.4.2018DateofOralExamination:Mar.13.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，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

4、。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月

5、后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于参数化的水下航行器主体结构设计优化研究摘要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

6、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ABA

7、QUS和计算流体力学软件STAR-CCM+宏文件进行了二次开发，实现了基于参数驱动的三维模型建立、边界条件设置、网格自动划分、自动分析计算等功能。研究了试验设计方法，选取了试验点并获得了各子系统输入与输出变量间的对应关系。（3）研究了多学科设计优化的近似模型技术。依据系列结构的设计试验、外形阻力分析结果，分别建立了耐压壳结构强度和稳定性、非耐压框架结构强度、艇体阻力与各子系统设计变量间的近似模型，对各设计变量进行了灵敏度分析。（4）研究了协同优化方法的基本思想和原理，明确了各子系统级与系统级变量间的数据交换关系。研究了改进的非支配解排序

8、遗传算法（NSGA-II），进一步对于CO、NSGA-II、近似模型等进行了集成，建立了水下航行器主体结构优化框架，进行了框架的优化求解，相比初始方案，优化结果明显。关键词：水下航行器；主体结构；多学科设计