游艇几何造型与船体主尺度综合优化模型的构建与实现

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游艇造型设计在游艇的整个设计周期中占据重要地位,并且常常涉及到如美学等船舶学科以外的知识,所以,在游艇设计中需要造型设计师和船体设计师交互合作,有助于设计出配合良好的游艇产品。然而,这个过程非常复杂而且耗时,并且,在游艇船体主尺度优化的过程中,如果不考虑造型的影响,将可能导致原有造型与优化后的船体不匹配的结果。所以,考虑造型的游艇综合优化设计是有必要而且有意义的问题。  本文基于这一点,将造型的评价加入大型游艇优化的过程中,以游艇造型为出发点,对造型几何的设计和优化做了一定的研究,最后与船体静水阻力、风阻力、耐波性和操纵性等子目标一起,对大型游艇主尺度进行综合优化。研究工作的内容主要包括三个方面:大型游艇造型几何特征总结和优化;造型几何曲线的数学表达,基于 CATIA二次开发的上层建筑设计系统的开发;造型和船体综合优化模型的建立,基于改进的差分进化算法对模型进行优化。  统计了大型游艇的主尺度和造型参数,通过已有游艇的造型设计特点,逆向研究游艇造型设计方法,探讨了大型游艇造型中蕴含的一般数学规律,采用正态分布函数对各子目标进行处理,使用层次分析法计算各子目标权值,最终获得总的造型评价函数。使用了半圆、贝塞尔曲线、NURBS曲线对游艇上层建筑中的曲线部分进行几何表达,利用 CATIA二次开发技术,开发了专门针对游艇上层建筑开发的设计系统,该系统可以用于游艇上层建筑的曲线设计,并能创建三维立体模型,同时可以输出通用接口 igs文件,最后通过实例对设计系统进行了检验。探讨了分项权值的赋予方法,选取较为常用的经验公式对性能进行估算,通过熵权法计算了各子函数的客观权值,并通过层次分析法(AHP)对客观权值进行修正,进而建立了总的评价模型。使用基本的差分进化算法对大型游艇的主尺度和船型参数进行了初步优化,针对基本差分进化算法的缺点,从变异算子和交叉算子等方面对算法进行改进,并用检验函数对改进后的算法进行检验,最后,使用改进后的算法对大型游艇优化问题进行计算,获得更加优越的计算结果。
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