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石油平台支援船(OSV)多目标总体优化方法研究及应用

吴灿  
【摘要】: 石油平台支援船的设计有其自身的特殊性,它不仅要要向平台提供油、水、泥浆、钻杆等供应品,还要具有拖带布锚的功能,对于船舶的性能要求与常规的货船与拖船相比都有较大的不同。联系供应船自身的特点,基于多目标优化方法和多层次分析法,针对某大功率多功能深海石油平台支援船(OSV)建立数学模型,总体优化的目标包括:快速性、操纵性、耐波性和结构特性。 其中,快速性指标采用海军系数的倒数;耐波性重点考虑船舶在波浪中的纵摇角度,并将升沉幅值作为隐形目标;操纵性是供应船最重要的指标,操纵性的评判涉及到许多方面,本文重点考虑直线稳定性指数和航向改变性指数这两个主要参数建立目标参数模型。针对供应船的特点,结构重量的优化在本文中,主要考虑总尺度对全船重量的影响。 船舶优化设计是船舶现代设计方法的核心内容之一,更是多目标优化和多属性决策的问题。由于各目标之间相互冲突,很难找到一个真正意义上的最优解。因此,求解多目标优化问题的主要任务是求得该优化问题的Pareto最优解集。 通过改进的NSGA-Ⅱ算法编程计算,得出优化结果,结合支援船的布置特点和经济性的要求,将其应用到实际设计中。 综上,对现有的多目标优化方法进行了研究,本文初步开发了石油平台支援船总体优化的软件,同时设计图形用户界面,使该软件有更好的交互性,为OSV初步设计提供一个参考平台。以提高OSV总体性能、节省造价为目的对OSV进行优化设计,弥补了传统设计方法中的缺陷。 所做的研究工作主要有: 1、对多目标优化理论进行研究,分析传统的多目标优化方法与现有的多目标优化方法之间的差异,重点介绍了本文使用的NSGA-Ⅱ算法。 2、对OSV船型的方案设计内容进行系统研究。将多目标优化理论运用到船舶总体优化中,提出针对OSV多目标多层次的数学模型,对实际工作具有指导意义。 3、应用改进优化算法—NSGA-Ⅱ(通过MATLAB编制程序)优选出一套船型方案,以供实船设计所需。 4、对优选方案进行初步设计,根据实际存在的问题做出相关改进,提出下一步结构总体优化的方向,初步选定优化方法并确定OSV结构优化的流程。


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