自适应采样方法在船型优化中的应用

doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.179

上海交通大学学报 ›› 2022, Vol. 56 ›› Issue (7): 937-943.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.179

自适应采样方法在船型优化中的应用

欧阳旭宇, 常海超(), 刘祖源, 冯佰威, 詹成胜, 程细得

武汉理工大学 a.高性能船舶技术教育部重点实验室; b.船海与能源动力工程学院,武汉 430063

收稿日期:2021-05-27 出版日期:2022-07-28 发布日期:2022-08-16
通讯作者: 常海超 E-mail:361169473@163.com.
作者简介:欧阳旭宇(1997-),男,湖南省涟源市人,硕士生,从事船型优化及近似技术研究.
基金资助:
国家自然科学基金(51720105011);国家自然科学基金(51979211);高性能船舶技术教育部重点实验室开放基金(gxnc19051804);湖北省重点研发计划(2021BID008)

Application of Adaptive Sampling Method in Hull Form Optimization

OUYANG Xuyu, CHANG Haichao(), LIU Zuyuan, FENG Baiwei, ZHAN Chengsheng, CHENG Xide

a. Key Laboratory of High Performance Ship Technology of the Ministry of Education; b. School of Naval Architecture, Ocean and Energy Power Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063, China

Received:2021-05-27 Online:2022-07-28 Published:2022-08-16
Contact: CHANG Haichao E-mail:361169473@163.com.

摘要/Abstract

摘要：

为了解决船型优化中仿真计算复杂耗时的问题,基于自适应采样的近似模型技术的应用日益广泛.基于Kriging近似模型和留一法误差,发展了一种基于均匀设计的最大熵自适应采样方法.通过与基于增量拉丁超立方方法进行对比,所提方法得到的自适应样本分布更加均匀,并且其全局近似模型精度更高.将所提方法应用于S60的船型优化中,很好地验证了该方法的有效性.

关键词: 船型优化, 自适应采样, 均匀设计, 最大熵采样

Abstract:

In order to handle the problem of complex and time-consuming simulation calculation in hull form optimization, the approximate model based on adaptive sampling has been widely used. In this paper, a maximum entropy (ME) adaptive sampling method based on uniform design (UD) is developed based on the Kriging approximate model and the leave-one-out (LOO) error method. Compared with the incremental Latin hypercube design (LHD) method, the adaptive sample distribution obtained by the proposed method are more uniform, and the accuracy of the global approximation model is higher. The proposed method is applied to the S60 hull form optimization, and the effectiveness is verified.

Key words: hull form optimization, adaptive sampling, uniform design (UD), maximum entropy (ME) sampling

中图分类号:

U661.31

欧阳旭宇, 常海超, 刘祖源, 冯佰威, 詹成胜, 程细得. 自适应采样方法在船型优化中的应用[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(7): 937-943.

OUYANG Xuyu, CHANG Haichao, LIU Zuyuan, FENG Baiwei, ZHAN Chengsheng, CHENG Xide. Application of Adaptive Sampling Method in Hull Form Optimization[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2022, 56(7): 937-943.

图/表 13

图1

图2

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表1

图5

表2

图6

表3

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参考文献 11

[1]	王超, 高正红, 张伟, 等. 自适应设计空间扩展的高效代理模型气动优化设计方法[J]. 航空学报, 2018, 39(7): 121745. doi: 10.7527/S1000-6893.2018.21745
	WANG Chao, GAO Zhenghong, ZHANG Wei. et al. Efficient surrogate-based aerodynamic design optimization method with adaptive design space expansion[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2018, 39(7): 121745. doi: 10.7527/S1000-6893.2018.21745
[2]	万德成, 缪爱琴, 赵敏. 基于水动力性能优化的船型设计研究进展[J]. 水动力学研究与进展, 2019, 34(6): 693-712.
	WAN Decheng, MIAO Aiqin, ZHAO Min. Research progress in ship design based on optimization of hydrodynamic performances[J]. Chinese Journal of Hydrodynamics, 2019, 34(6): 693-712.
[3]	LIU H T, XU S L, MA Y, et al. An adaptive Bayesian sequential sampling approach for global metamodeling[J]. Journal of Mechanical Design, 2016, 138(1): 011404. doi: 10.1115/1.4031905 URL
[4]	LIU H T, ONG Y S, CAI J F. A survey of adaptive sampling for global metamodeling in support of simulation-based complex engineering design[J]. Structural and Multidiplinary Optimization, 2018, 57(1): 393-416.
[5]	SHANNON C E. A mathematical theory of communication[J]. The Bell system technical journal, 1948, 27(3): 379-423. doi: 10.1002/j.1538-7305.1948.tb01338.x URL
[6]	LINDLEY D V. On a measure of the information provided by an experiment[J]. The Annals of Mathematical Statistics, 1956, 27(4): 986-1005. doi: 10.1214/aoms/1177728069 URL
[7]	SHEWRY M C, WYNN H P. Maximum entropy sampling[J]. Journal of Applied Statistics, 1987, 14(2): 165-170. doi: 10.1080/02664768700000020 URL
[8]	FANG K T. The uniform design: Application of number-theoretic methods in experimental design[J]. Acta Mathematicae Applicatae Sinica, 1980, 3: 363-372.
[9]	FANG K T, LIU M Q, QIN H, et al. Theory and application of uniform experimental designs[M]. Singapore: Springer Singapore, 2018.
[10]	CHANG H C, ZHAN C S, LIU Z Y, et al. Dynamic sampling method for ship resistance performance optimisation based on approximated model[J]. Ships and Offshore Structures, 2021, 16(4): 386-396. doi: 10.1080/17445302.2020.1730090 URL
[11]	冯佰威, 冯梅, 常海超, 等. 基于径向基插值的曲面变形方法在船型多目标优化中的应用[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2019, 47(2): 128-136.
	FENG Baiwei, FENG Mei, CHANG Haichao, et al. Application of surface deformation method based on radial basis interpolation in multi-objective optimization of ship hull[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2019, 47(2): 128-136.

方法	参数				寻优结果
方法	初始样本数	训练样本数	测试样本数	RMSE	寻优结果
增量LHD方法	20	50	200	0.869	f(-6.9381, -6.7791)=6.0800
本文方法	20	50	200	0.799	f(0.0107, 0.0012)=0.0013

参数	取值
垂线间长L_PP/m	3.015
吃水T/m	0.163
湿表面积S_W/m²	1.604
Δ/m³	0.121
方形系数C_B	0.600

参数	初始值	上限	下限
Y₁	0.029	0.032	0.026
Y₂	0.024	0.026	0.020
Y₃	0.149	0.156	0.141
Y₄	0.127	0.132	0.122
Y₅	0.192	0.200	0.180
Y₆	0.130	0.135	0.125
Y₇	0.074	0.080	0.070
Y₈	0.018	0.021	0.015

参数	数值	参数	数值
Y₁	0.032	Y₅	0.185
Y₂	0.026	Y₆	0.131
Y₃	0.147	Y₇	0.077
Y₄	0.127	Y₈	0.020

参数	母型船	优化船	变化/%
Δ/m³	0.121	0.121	+0.00
S_W/m²	1.604	1.604	+0.00
C_W/10^-2	0.212	0.194	-8.49
R_T/N	5.688	5.510	-3.13

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[1]	王超, 刘正, 李兴, 汪春辉, 徐佩. 自由状态冰块尺寸及初始位置参数对冰桨耦合水动力性能的影响[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(8): 990-1000.
[2]	王超, 杨波, 汪春辉, 郭春雨, 徐佩. 螺旋桨抽吸作用下冰块运动轨迹[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(5): 505-512.
[3]	佘文轩, 郭春雨, 周广利, 吴铁成, 徐鹏. 楔形体入水的时间解析-粒子图像测速测试及数值研究[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(8): 839-848.
[4]	徐野, 熊鹰, 黄政. 双桨船螺旋桨空泡脉动压力的试验及数值研究[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(8): 831-838.
[5]	王中，卢晓平，付攀. 三体船升沉和纵倾计算及其对兴波阻力的影响 [J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2010, 44(10): 1388-1392.
[6]	沈海龙，蔡昊鹏，苏玉民. 桨前节能装置节能效果的理论预报方法 [J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2010, 44(10): 1418-1422.
[7]	张嶔, 王鑫宇, 王智程, 王天源. 大角度斜流下螺旋桨与导管桨尾流场特性（网络首发）[J]. 上海交通大学学报, 0, (): 0-.
[8]	张耕, 姚建喜. 波浪中的螺旋桨水动力性能数值分析（网络首发）[J]. 上海交通大学学报, 0, (): 0-.