基于參數化的水下航行器主體結構設計優(yōu)化研究

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1、分類號：密級：公開UDC：編號：工學碩士學位論文基于參數化的水下航行器主體結構設計優(yōu)化研究碩士研究生：苗怡然指導教師：高良田教授學科、專業(yè)：船舶與海洋結構物設計制造論文主審人：秦洪德教授哈爾濱工程大學2018年3月分類號：密級：公開UDC：編號：工學碩士學位論文基于參數化的水下航行器主體結構設計優(yōu)化研究碩士研究生：苗怡然指導教師：高良田教授學位級別：工學碩士學科、專業(yè)：船舶與海洋結構物設計制造所在單位：船舶工程學院論文提交日期：2018年1月4日論文答辯日期：2018年3月13日學位授予單位：哈爾濱工程大學ClassifiedIndex

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

3、ofSubmission:Jan.4.2018DateofOralExamination:Mar.13.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈爾濱工程大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導師的指導下，由作者本人獨立完成的。有關觀點、方法、數據和文獻的引用已在文中指出，并與參考文獻相對應。除文中已注明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經公開發(fā)表的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔

4、。作者（簽字）：日期：年月日哈爾濱工程大學學位論文授權使用聲明本人完全了解學校保護知識產權的有關規(guī)定，即研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產權屬于哈爾濱工程大學。哈爾濱工程大學有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件。本人允許哈爾濱工程大學將論文的部分或全部內容編入有關數據庫進行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文，可以公布論文的全部內容。同時本人保證畢業(yè)后結合學位論文研究課題再撰寫的論文一律注明作者第一署名單位為哈爾濱工程大學。涉密學位論文待解密后適用本聲明。本論文（□在授予學位后即可□在授予學位12個月

5、后□解密后）由哈爾濱工程大學送交有關部門進行保存、匯編等。作者（簽字）：導師（簽字）：日期：年月日年月日基于參數化的水下航行器主體結構設計優(yōu)化研究摘要水下航行器是人類探索和開發(fā)海洋的重要工具，其主要由結構、導航、控制、推進、能源等系統(tǒng)組成。其中，主體結構由耐壓和非耐壓結構等組成。耐壓結構為大量設備提供了布置空間，非耐壓結構決定了水下航行器的外形和舷外空間。主體結構對于水下航行器的水動力、總布置、水下安全，乃至維護與使用等諸多方面均有重要的影響。水下航行器主體結構設計是一個典型的多學科、多目標設計過程，傳統(tǒng)串行設計模式人為地割裂了其各子系

6、統(tǒng)間的耦合關系，未能將其作為一個整體進行設計，難以獲得全局最優(yōu)結果。本文以一型水下航行器的主體結構為研究對象，將多學科設計優(yōu)化和參數化方法引入到其中，主要工作內容如下：（1）在對于水下航行器主體結構形式進行分析的基礎上，將其劃分為耐壓殼、非耐壓框架、輕外殼和總布置四個子系統(tǒng)，明確了各子系統(tǒng)設計過程的變量，確定了變量之間的關系，采用STAR-CCM+、ABAQUS分別對于艇體阻力、耐壓殼結構強度及穩(wěn)定性等進行了計算，通過與文獻及規(guī)范進行對比，驗證了數值計算方法的準確性。（2）基于編譯語言Python與Java分別對結構有限元分析軟件ABA

7、QUS和計算流體力學軟件STAR-CCM+宏文件進行了二次開發(fā)，實現了基于參數驅動的三維模型建立、邊界條件設置、網格自動劃分、自動分析計算等功能。研究了試驗設計方法，選取了試驗點并獲得了各子系統(tǒng)輸入與輸出變量間的對應關系。（3）研究了多學科設計優(yōu)化的近似模型技術。依據系列結構的設計試驗、外形阻力分析結果，分別建立了耐壓殼結構強度和穩(wěn)定性、非耐壓框架結構強度、艇體阻力與各子系統(tǒng)設計變量間的近似模型，對各設計變量進行了靈敏度分析。（4）研究了協(xié)同優(yōu)化方法的基本思想和原理，明確了各子系統(tǒng)級與系統(tǒng)級變量間的數據交換關系。研究了改進的非支配解排序

8、遺傳算法（NSGA-II），進一步對于CO、NSGA-II、近似模型等進行了集成，建立了水下航行器主體結構優(yōu)化框架，進行了框架的優(yōu)化求解，相比初始方案，優(yōu)化結果明顯。關鍵詞：水下航行器；主體結構；多學科設計