2016国赛A题推荐国家一等奖4

杨利霞

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2016国赛A题推荐国家一等奖4

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系泊系统的优化设计摘要本文对近浅海系泊系统进行空间建模及优化设计，使得浮标的吃水深度及钢桶的倾斜角度尽可能小，以提高整个系统的工作效率。在海面风速，水流测水深变化的条件下，分别建模设计了适应不同条件下的系泊系统，确定了锚长度、重物球的质量。针对问题一，给定锚链型号、长度以及重物球质量，求解不同风速下的整态。由于海水静止，对系泊系统建立二维直角坐标系，对系统中各部分进行受由静力平衡得到各部分的张力、水平夹角以及坐标点的更新公式。分析浮标纵与锚链底端纵坐标
) z" S: p/ M' F! T5 _+ L; ^0 f- Sn
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4 E( [! m: M3 G& v+ \% S5 z的关系，使用迭代算法或枚举算法，求使
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( v( c% W, ]8 [8 q0 v与海水深度的
* I0 T; y! s7 O5 C1 t: M5 j0
y
# y" i  K8 a, I- a& t- U，同时计算浮标横坐标，最终求得：在12 /  m w12 / v m s 
时，锚链部分铺底，第四根钢管和钢桶与水平方向的夹角弧度数分别为 1.554,1.5537, 1.5536, 1.553吃水深度为 0.734
m
，游动面积为22
628.343m
。在24 /  m w24 / v m s 
时，锚链全部起根到第四根钢管和钢桶与水平方向的夹角弧度数分别为 1.5057 ，1.5053，1.5045，1.5042。h
为 0.748
+ |- o* X& g) O3 b3 Hm
，浮标底端中心坐标
6 }2 C/ H& t0 x, a- v x y 1 1 ,  17.524, 0.748     ,游934.78
2
) B; u2 r5 ^) x$ sm 。针对问题二，风速 36m/s 时，钢桶和锚链夹角不满足约束条件，需要调节量使其满足条件。首先，分析重物球质量与吃水深度、浮标横坐标、锚链底端以及钢桶竖直夹角的关系，得到“使钢桶竖直夹角满足条件的质量最小为 1808我们建立多目标规划问题，求解最优重物球质量，使得吃水深度、游动区域及角度尽可能小，采用 IENSGAii 算法求解多目标规划。最终，确定重物球1808 6000 kg m kg  
) H" K& K6 r0 ^2 ?/ ]0 t间，以
1 J" D" t- {1 _8 O) I1 R5 Z( s* ^c 10
为例，当两个目标均达到最小的那个值才是此时的质量，吃水深度，倾角与游动面积的参数和分别为 4188.247kg，1.606.4267。针对问题三，首先，考虑海水流力的影响，并考虑海水流利于风力存在夹泊系统建立三维直角坐标系，并进行受力分析，得到各部分的张力、水平夹角角以及坐标点的更新公式。然后，构建多目标优化模型，求解最优重物球质量长度，使得吃水深度、游动区域及钢桶倾斜角度尽可能小。最终，将多目标转标问题，用 GA 算法进行求解，得到 5 种链型的最优情况。论文最后对风力、海水流力和海水深度进行了敏感性分析，讨论了模型的及进行了模型得推广。关键词：系泊系统，动力系统，多目标优化，GA

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