[发明专利]一种水力机械设备的浮体的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种水力机械设备的浮体的优化设计方法，首先确定多目标优化的设计参数和目标参数，在设计参数范围内，使用均匀试验设计方法和AQWA对设计参数进行了离散化，以及样本的提取和完善。之后，在采用ANN算法构建起响应面的基础上，用MOGA算法进行了全局寻优，最后，获得了pareto前沿，在此基础上获得了最优设计参数。经实验证明，本发明的优化设计效果好。

技术领域

本发明涉及浮体设计方法技术领域，具体涉及一种水力机械设备的浮体的优化设计方法。

背景技术

目前关于水力机械设备的浮体的优化设计方法的研究主要集中在浮体本身的结构强度、耗材及体积方面的优化，或者是对大尺寸的海洋结构浮体进行水动力性能优化，且多为单目标水动力性能优化。而对内陆河道中的小尺寸浮体进行水动力性能的多目标优化还没有一种行之有效的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种水力机械设备的浮体的优化设计方法，实现水力机械设备的浮体的多目标优化设计。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水力机械设备的浮体的优化设计方法，包括如下步骤：

步骤S1、确定浮体的初始设计参数和浮体参数化模型；

所述浮体包括上甲板和设于所述上甲板下方的至少两个梯形浮箱，两个梯形浮箱之间可以过水；确定包括浮体的宽度、长度、高度、梯形浮箱的内锐角和短底边长在内的初始设计参数，其中，浮体的宽度应使行走人员不影响正在调整人员的作业，长度应使梯形浮箱的短边有一定的长度；

S2、以浮体的长度或半长度、浮体的宽度或半宽度、浮体的高度以及梯形浮箱短底边长作为优化设计的设计参数，以气隙的最大值、压力的最大值和浮体在横摇方向上横摇附加质量响应的最大值作为优化设计的目标参数；

S3、获取关于浮体的长度或半长度、浮体的宽度或半宽度、浮体的高度、梯形浮箱短底边长、气隙的最大值、压力的最大值和浮体在横摇方向上横摇附加质量响应的最大值的试验样本；

S4采用步骤S3中的若干组试验样本数据构建以人工神经网络为理论基础的响应面模型，并利用另外一组样本数据进行响应面模型的验证；

S5采用MOGA进行优化，优化目标为使气隙的最大值最大化，压力的最大值和浮体在横摇方向上横摇附加质量响应的最大值最小化；经过若干次迭代后得到浮体的设计参数的Pareto解集；

S6在Pareto解集的基础上根据聚合加权方法筛选出若干个最优候选点；然后在最优候选点中选取既可以保证浮体的最大气隙值较大，又可以保证浮体的最大附加质量较小的最优候选点作为最优点，从而得到优化后的浮体的设计参数。

需要说明的是，步骤S3中，通过统计分析软件JMP的空间填充设计模块获取试验样本。

需要说明的是，步骤S4中，记步骤S3中获得N组试验样本数据，则取前N-1组试验样本数据构建以人工神经网络为理论基础的响应面模型，并利用最后一组样本数据进行响应面模型的验证。

需要说明的是，步骤S5中，将初始种群数量定为500，选择算子定为0.08。

需要说明的是，步骤S6中，最优候选点的个数为3个。

本发明的有益效果在于：浮体是水力机械设备的重要组成部件，在此基础上，本发明提出了一种水力机械设备浮体的优化设计方法，可以有效实现浮体的多目标优化设计。

附图说明

图1为本发明实施例中浮体的基本结构示意图，其中图1(a)为俯视角度示意图，图1(b)为正面示意图；

图2为本发明实施例中得到的浮体参数化模型示意图；