基于參數(shù)化的水下航行器主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

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1、分類號(hào)：密級(jí)：公開UDC：編號(hào)：工學(xué)碩士學(xué)位論文基于參數(shù)化的水下航行器主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究碩士研究生：苗怡然指導(dǎo)教師：高良田教授學(xué)科、專業(yè)：船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造論文主審人：秦洪德教授哈爾濱工程大學(xué)2018年3月分類號(hào)：密級(jí)：公開UDC：編號(hào)：工學(xué)碩士學(xué)位論文基于參數(shù)化的水下航行器主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究碩士研究生：苗怡然指導(dǎo)教師：高良田教授學(xué)位級(jí)別：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造所在單位：船舶工程學(xué)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(xué)位授予單位：哈爾濱工程大學(xué)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(xué)學(xué)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(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)的引用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對(duì)應(yīng)。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)

4、。作者（簽字）：日期：年月日哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明本人完全了解學(xué)校保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有關(guān)規(guī)定，即研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于哈爾濱工程大學(xué)。哈爾濱工程大學(xué)有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件。本人允許哈爾濱工程大學(xué)將論文的部分或全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文，可以公布論文的全部內(nèi)容。同時(shí)本人保證畢業(yè)后結(jié)合學(xué)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(xué)。涉密學(xué)位論文待解密后適用本聲明。本論文（□在授予學(xué)位后即可□在授予學(xué)位12個(gè)月

5、后□解密后）由哈爾濱工程大學(xué)送交有關(guān)部門進(jìn)行保存、匯編等。作者（簽字）：導(dǎo)師（簽字）：日期：年月日年月日基于參數(shù)化的水下航行器主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)、導(dǎo)航、控制、推進(jìn)、能源等系統(tǒng)組成。其中，主體結(jié)構(gòu)由耐壓和非耐壓結(jié)構(gòu)等組成。耐壓結(jié)構(gòu)為大量設(shè)備提供了布置空間，非耐壓結(jié)構(gòu)決定了水下航行器的外形和舷外空間。主體結(jié)構(gòu)對(duì)于水下航行器的水動(dòng)力、總布置、水下安全，乃至維護(hù)與使用等諸多方面均有重要的影響。水下航行器主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)典型的多學(xué)科、多目標(biāo)設(shè)計(jì)過程，傳統(tǒng)串行設(shè)計(jì)模式人為地割裂了其各子系

6、統(tǒng)間的耦合關(guān)系，未能將其作為一個(gè)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)，難以獲得全局最優(yōu)結(jié)果。本文以一型水下航行器的主體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，將多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化和參數(shù)化方法引入到其中，主要工作內(nèi)容如下：（1）在對(duì)于水下航行器主體結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，將其劃分為耐壓殼、非耐壓框架、輕外殼和總布置四個(gè)子系統(tǒng)，明確了各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的變量，確定了變量之間的關(guān)系，采用STAR-CCM+、ABAQUS分別對(duì)于艇體阻力、耐壓殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性等進(jìn)行了計(jì)算，通過與文獻(xiàn)及規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。（2）基于編譯語言Python與Java分別對(duì)結(jié)構(gòu)有限元分析軟件ABA

7、QUS和計(jì)算流體力學(xué)軟件STAR-CCM+宏文件進(jìn)行了二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了基于參數(shù)驅(qū)動(dòng)的三維模型建立、邊界條件設(shè)置、網(wǎng)格自動(dòng)劃分、自動(dòng)分析計(jì)算等功能。研究了試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，選取了試驗(yàn)點(diǎn)并獲得了各子系統(tǒng)輸入與輸出變量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（3）研究了多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的近似模型技術(shù)。依據(jù)系列結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)試驗(yàn)、外形阻力分析結(jié)果，分別建立了耐壓殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性、非耐壓框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、艇體阻力與各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)變量間的近似模型，對(duì)各設(shè)計(jì)變量進(jìn)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(jí)與系統(tǒng)級(jí)變量間的數(shù)據(jù)交換關(guān)系。研究了改進(jìn)的非支配解排序

8、遺傳算法（NSGA-II），進(jìn)一步對(duì)于CO、NSGA-II、近似模型等進(jìn)行了集成，建立了水下航行器主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化框架，進(jìn)行了框架的優(yōu)化求解，相比初始方案，優(yōu)化結(jié)果明顯。關(guān)鍵詞：水下航行器；主體結(jié)構(gòu)；多學(xué)科設(shè)計(jì)