基于区间分析方法的船舶不确定稳健设计优化

实际船舶优化设计中,大量不确定因素的存在可能会导致船舶性能达不到预定的设计目标。为了保证船型方案的可行性,将区间分析方法应用到不确定稳健设计优化中,以一条散货船的概念设计为例,针对单个不确定变量存在和多个不确定变量共同存在的情况分别进行研究,以单位运输成本的中值和半径最小为目标,采用双层嵌套优化体系,内层采用多岛遗传算法求解目标函数的区间,外层采用NSGA-II算法来优化目标函数,从而保证船舶的稳健性。     

基于矩不确定分布鲁棒优化的船舶舱室布局设计

船舶舱室布局所涉的评价指标通常具有不确定性,诸如环境载荷等参数通常以不确定性的随机变量形式参与计算,且其概率分布的期望及方差等指标往往也是不确定的。本文采用矩不确定分布鲁棒优化方法,解决含矩不确定参数的船舶舱室布局min-max优化问题。将各舱室的全局位置参数、相对位置参数和质量分布参数加权整合为目标函数,建立全船范围内的舱室布局DRO-MU优化模型,采用拉格朗日对偶原理将其转为确定的半定规划问题以便求解。算例验证了本文方法的合理性与优越性,该方法针对性地用于解决含矩不确定参数的船舶舱室布局问题具有鲜明特点。     

船舶CFD不确定度分析方法述评

船舶CFD技术已越来越显示其"数值水池"的巨大潜力和广阔前景;CFD的不确定度分析也就成为"数值水池"实用化的技术瓶颈之一。以"量值溯源"为基础的测量不确定分析方法体系(如ISO-GUM)并不适用于数值模拟。自AIAA于1998年发布"CFD不确定度分析导则"以来,关于CFD不确定度分析的技术术语和定义已逐步取得统一。2009年ASME发布了"CFD不确定度分析标准"并成为美国标准,必将有力地推动CFD不确定度分析的广泛应用和方法统一。文中首先对AIAA和ASME方法进行了综述,重点评述了"数值计算不确定度"(numerical uncertainty)的评定方法;其后,对ITTC现有规程(2008年修订)以及最新进展进行了简要的总结。文中还对如何将CFD不确定分析与船舶CFD实际应用相结合的问题给出了初步建议。     

多维随机不确定性下的船舶多学科稳健设计优化研究

通常船舶多学科设计优化仅考虑确定性的影响,忽视设计中不确定性因素的存在,显然优化结果无法真正保障船型方案的可行性和航行性能的优良性。目前,不确定性船舶多学科设计优化主要集中在一维不确定性分析。为了得到船舶设计优化的最优方案,以多维不确定性下的多学科稳健设计优化问题为例,通过分析考虑随机不确定性因素的均匀分布和正态分布并存分布状况,提出了一种新的以Legendre polynomials和Hermite polynomials多项式为基础的多维多项式混沌方法,并以海洋平台支持船为对象构建多维不确定性量化模型。通过对多维随机不确定性因素对船舶优化方案的影响分析完成了船舶多学科稳健设计优化研究,有效地减少和避免船舶设计优化方案失效的可能性。     

基于维度分析的多维随机变量误差不确定度评定方法

为了探究《测量不确定度表示指南》（GUM）和蒙特卡洛法（MCM）对不同维数对评定结果的影响,以平面直线度（五维）、空间直线度（七维）、圆柱度（十维）随机变量输入为例做正态分布随机变量输入误差不确定度评定,并改变输入随机变量的分布类型,观察评定结果的变化。提出区间不重合率的概念,由MCM和GUM各自包含区间端点的绝对偏差之和与GUM包含区间端点值之差的比值来表示,描述MCM和GUM包含区间的一致程度。结果表明：当输入随机变量为正态分布时,平面直线度误差不确定度GUM、MCM和自适应MCM结果一致性较好,空间直线度和圆柱度误差不确定度GUM、MCM和自适应MCM的评定结果一致性较差,随着维数的增加,区间不重合率逐渐增加,一致性逐渐降低;当输入随机变量为均匀分布时,平面直线度、空间直线度和圆柱度误差不确定度GUM、MCM和自适应MCM的评定结果一致性差,且区间不重合率同样随着维数增加而增加,GUM评定结果可信度逐渐降低。     

海浪预报不确定下的船舶运动姿态分析方法

实时准确地估计海浪预报不确定下的船舶运动姿态是一个非常困难的问题.为解决该问题,通过分析海浪预报的随机误差对船舶运动姿态估计的影响,建立基于不确定性海况预报数据的船舶运动姿态估计模型;引入多项式混沌展开方法,实现船舶运动姿态估计的不确定性量化(Uncertainty Quantification,UQ);利用船舶横摇运...     

船舶操纵性自航模试验不确定度分析

船舶操纵性自航模试验是评估船舶操纵性能的重要技术手段,试验的不确定度是检验模型试验结果的重要标尺,是模型试验数据分析的一部分.国际上尚未形成完整的操纵性自航模试验不确定分析方法.论文以ITTC推荐的操纵性自航模试验不确定度分析导则为基础,采用ISO-GUM方法构建操纵性自航模试验不确定度分析方法,并以一艘集装箱船为研究...     

基于ISO GUM的螺旋桨敞水试验不确定度分析方法研究

基于国际标准和国家计量规范中的ISO GUM不确定度分析体系开展了螺旋桨敞水试验不确定度分析方法研究,梳理了敞水试验的主要不确定度源并建立了测量模型.对各输入量的灵敏系数进行了推导,形成了完整的敞水推力扭矩测量不确定度分析方法.在此基础上,结合典型螺旋桨标准模型敞水基准检验试验开展了不确定度分析,同时采用蒙特卡洛不确定...     

基于凸包模型评估不确定腐蚀对现役船舶剖面模数的影响

现役船舶都存在船体构件的腐蚀问题,由于影响腐蚀的因素很多而且不确定,造成腐蚀对船舶总纵强度评估的不确定性。本文基于凸包理论,建立了评估不确定腐蚀情况下现役船舶最小剖面模数的数学模型,并以现役散货船为例,计算得到考虑腐蚀不确定情况下船体横剖面最小模数的极值范围。     

基于多维多项式混沌展开法的船舶不确定性优化设计

以船舶不确定性优化设计为对象,分析考虑多个随机变量对优化目标和约束的影响,提出一种基于多维多项式混沌展开法(PCE)的船舶不确定性优化设计,并将其应用于散货船工程优化实例中,保证船舶的稳健性和可靠性。     

基于序贯代理模型的转子系统频响特性区间分析方法

在转子系统的频率响应分析中,不确定性广泛存在,并且对分析结果有较大的影响。本文提出了一种面向含区间不确定性转子系统频响分析的序贯代理模型方法。基于区间数学以及转子动力学理论,本文首先建立了含区间参数转子系统频响的控制方程。基于传统的静态代理模型提出了面向转子系统区间分析的序贯代理模型方法。该方法首先通过叫少量的样本点构造粗糙代理模型,再提出了两个指标函数进行下一阶段的选点。重复该过程,直到满足收敛条件,最终可以得到转子系统频率响应的精细代理模型,进而得到区间边界。和传统的区间分析方法相比,该方法精度高,适合非线性问题。     

基于航迹信息的舰船目标姿态角鲁棒估计

针对基于高分辨距离像的舰船目标识别中姿态角估计精度的问题,提出一种计算舰船目标运动姿态角的鲁棒性估计方法。该方法首先建立了目标姿态角估计模型,然后有针对性的对航迹数据的野值进行剔除,最后采用M-估计方法对航迹数据进行拟合,从而计算出目标的姿态角。经大量实测数据的验证表明,该方法不易受野值的影响,鲁棒性好,能满足高精度、实时估计舰船目标姿态角的要求。     

基于多维PC扩展的多学科稳健优化算法研究

针对多维不确定性下的多学科稳健设计优化问题,以随机不确定性因素的均匀分布和正态分布并存状况为例,提出一种新的以Legendre polynomials和Hermite polynomials为基础与多维多项式混沌方法,构建多维不确定性量化模型,完成多学科稳健设计优化框架的研究。同时将多维稳健优化方法应用于多学科设计优化的实际工程算例散货船优化论证中,并与文献的单维稳健优化方法进行比较。结果表明,在多维不确定性因素影响下,采用多维多项式混沌方法解决多学科稳健设计优化问题,其优化结果与确定性多学科设计优化结果相差不大,能够得到较为稳健的计算优化结果,有效减少和避免设计优化方案失效的可能性。     

基于参数化模型的船舶圆柱売结构声学优化分析方法

复杂圆柱壳结构是船舶结构的主要形式,建立其快速声学优化分析方法对促进船舶结构声学设计, 实现“分析驱动设计”理念具有重要价值。基于隐式参数化建模方法,建立船舶复杂圆柱壳结构参数化模型库,提出基于参数化模型的船舶圆柱壳结构声学优化分析方法,解决了分析流程中数据自动传输、软件调用和变量控制等问题。算例结果表明所提方法是合理的,初步满足船舶复杂圆柱壳结构声学优化设计需求。     

基于伴随方法的舰船推进器优化设计

[目的]为探索高效的螺旋桨优化设计方法,基于面元法开展伴随优化方法的研究。[方法]通过桨叶表面法向速度为零条件和等压库塔条件建立伴随方程,得到敏感导数求解式。以DTMB 4381螺旋桨为对象,分别运用伴随方法和传统的求解控制方程方法计算螺旋桨性能与参数之间的敏感导数;基于伴随方法对某螺旋桨进行敏感导数分析,再根据敏感导数分析结果进行几何参数优化,并将结果与ISIGHT优化平台中的粒子群算法（PSO）得到的结果进行对比。[结果]结果表明,采用伴随方法与传统的求解控制方程方法计算得到的结果具有较好的一致性,但伴随方法的计算效率更高,优化结果也优于PSO算法,且优化所用时间也少。[结论]研究表明,伴随方法在多参数螺旋桨优化设计中的计算效率优于智能算法。     

基于数字样机的舰船维修性设计分析技术

针对传统维修性分析技术的准确性与直观性问题,结合舰船维修性设计的实际需求,基于虚拟样机建模、虚拟人建模与仿真、参数化维修动作建模与仿真、基于维修问题的维修性分析等关键技术,以包含界面层、应用层、对象层、技术支持层的系统框架为指导,在商业软件Jack 7.0的基础上,通过二次开发设计实现基于数字样机的舰船维修性设计分析系统。同时,以舱室内某型水质后处理设备更换滤芯维修任务为例,开展维修性设计分析、评价和改进,从技术上验证了该系统的可行性与有效性。     

A new rational-based optimal design strategy of ship structure based on multi-level analysis and super-element modeling method

A new multi-level analysis method of introducing the super-element modeling method, derived from the multi-level analysis method first proposed by O. F. Hughes, has been proposed in this paper to solve the problem of high time cost in adopting a rational-based optimal design method for ship structural design. Furthermore,the method was verified by its effective application in optimization of the mid-ship section of a container ship. A full 3-D FEM model of a ship,suffering static and quasi-static loads, was used as the analyzing object for evaluating the structural performance of the mid-ship module, including static strength and buckling performance. Research results reveal that this new method could substantially reduce the computational cost of the rational-based optimization problem without decreasing its accuracy, which increases the feasibility and economic efficiency of using a rational-based optimal design method in ship structural design.     

潜水器载人舱的不确定性测度计算方法研究

本文研究状态函数中存在概率数和证据数的混合状态下的系统不确定性分析方法问题,用于解决在产品实现过程中部分信息的认知不足。传统概率分析方法无法建立认知不确定信息模型,无法反映产品在实现过程中不确定性影响的问题。本文将证据理论不确定度分析方法融入传统JC算法,在计算随机变量迭代时开展认知变量极值计算,进而可以处理随机和认知不确定性变量同时存在时的混合不确定性问题。本文建立了4500 m载人潜水器载人舱不确定度分析模型,基于改进JC算法计算得到载人舱失效似然性测度和失效可信性测度值,同时采用实验设计法对影响载人舱不确定性测度的因素进行分析,分析表明测度影响较大的因素是真球度和极限拉伸强度,测度对真球度和厚度两个因素的单位数量变化比较敏感。     

基于无网格方法的复合材料层合板固有频率及特征值灵敏度分析

文章基于无网格法和弹性力学Hamilton正则方程,研究了复合材料层合板固有频率和特征值灵敏度分析问题。首先,结合径向基插值函数和修正后的H-R变分原理,推导了Hamilton正则方程的无网格列式。然后,以Multiquadric(MQ)、Gaussian(EXP)和薄板样条(TPS)为基函数,计算了复合材料层合板的固有频率及其特征值的灵敏度系数。文中的工作使得无网格法的优越性与弹性力学Hamilton正则方程的半解析法得到了有机的结合,为Hamilton正则方程提出了一种新的特征值灵敏度分析方法。