多學科優化中的近似模型及其在艇體結構優化中的應用

許 輝, 周 奇

(中國艦船研究設計中心，湖北 武漢 430064)

多學科優化中的近似模型及其在艇體結構優化中的應用

許 輝, 周 奇

(中國艦船研究設計中心，湖北 武漢 430064)

近似技術是多學科設計優化關鍵技術之一。系統介紹多學科設計優化中常用的3種近似模型：響應面模型(Response Surface Methodology，RSM)、Kriging模型、徑向基函數(Radical Basis Function，RBF)模型。對比分析3類近似模型在典型數學函數不同維度下的擬合性能。結果表明，Kriging模型的綜合擬合性能最優，RBF模型次之，RSM擬合性能不佳。在此基礎上，通過拉丁超立方試驗設計選取樣本點，基于Kriging模型構造潛艇平行舯體某艙段耐壓殼體結構響應的近似模型，應用粒子群優化算法完成了耐壓殼體結構輕量化設計。最優化設計方案質量較初始方案減少了11.99%。

近似模型；擬合性能；粒子群優化；潛艇殼體；拉丁超立方試驗

0 引 言

目前，在艦船研制領域各學科相繼引進了各類先進的設計分析工具，如結構學科的Ansys，Abaqus，Nastran等；快速性學科的Fluent，Cfx、Shipflow等；耐波性學科的HYDROSTAR等；操縱性學科的Shipma，Napa等。這些設計分析工具的使用極大提高了設計效率和分析精度。然而，在進行多學科設計優化過程中，通常需要很多次迭代才能得到最優結果。數值仿真軟件在進行學科計算時，需要花費巨大的時間成本，這種基于數值仿真模型的多學科優化求解，其計算耗時往往是設計者無法接受的。

自20世紀80年代Kleijnen提出近似模型概念以來，構建近似模型成為解決以上問題的有效途徑。Hefazi等[1]為快速性子學科構造響應面近似模型完成了三體船總體概念多學科優化設計；……