无人艇艇型优化方法

为了计算和优化无人艇在中低速段艇型阻力性能,考虑了自由表面非线性和黏性的影响,研究了滑行艇在排水航行状态的兴波阻力计算方法.结合线性兴波阻力理论,将给定约束条件下的艇型优化问题转换为求泛函极值的有约束数学优化问题,通过非线性规划优化理论,对给定的艇体主参数约束下的目标函数做有条件最小化,求解最佳优型.理论计算结果和艇模试验结果表明:利用计算方法能够有效、快速地计算艇型兴波阻力,优化后的艇型在给定的速度区间(傅汝德数为0.1～0.7)的兴波阻力系数明显降低,在优化速度点(傅汝德数为0.5)降低约20％.     

基于势流理论的集装箱船型球首优化设计研究

带球首船型的降阻效果已被许多理论和实践所证实,然而要确定球首的大小和位置却比较困难,为了快速、准确地获得阻力性能优良的船型,以势流兴波阻力Rankine源法为基础,结合非线性规划法中的SUMT内点法进行船型优化设计.选取某集装箱船型为初始船型,对其首部进行三种改型,然后分别对其改型区域进行优化设计,得到三个带球首的改良船型.通过分析改良船型的阻力性能和球首形状,表明不同球首的降阻效果,从而为理论确定球首的大小和位置提供有益的借鉴,这一设计思想也可以改变已往大多凭经验和试验来设计球首.     

基于快速性的船型优化及其在三用工作船中的应用

近年来,海洋石油开发事业相关装备产业快速升级,三用工作船作为海上油气平台作业必不可少的辅助船舶,发展迅速,需求量非常多,其船型优化也成为当前船舶设计中的热门研究问题。文中根据C FD的船型优化基本原理对现有三用工作船进行船体线型优化,比较优化前后船体阻力性能的区别,并用试验方法加以验证,从而达到优化船型的目的。     

基于参数法的船型自动生成

在船舶初步设计阶段,探求一种快速高效率的方法来确定优良船型.船型参数法通过高水平的描述符(形状参数)生成船体曲线和曲面所想要的几何外形.程序实现几何建模系统以船体的形状参数作为输入,以水动力计算所需要的船体型值作为输出,使几何船体与水动力性能成为一种内在决定性关系.因此,船型参数法是船舶水动力性能优化的重要基础和不可缺少的组成部分.     

三体海水采样无人船最优阻力性能设计

本文以一条三体无人船为计算对象,详细说明了一种利用"叠模"法和"细长体"理论为分析手段,观察目标三体无人船在一系列不同中间片体位置和片体间距条件下的粘性阻力和兴波阻力特性,并通过计算分析,寻找粘性阻力和兴波阻力随中间片体位置、片体间距的变化规律,进而以优化设计航速时的阻力为设计目标,并最终确定中间片体设计参数最佳方案的方法.     

穿浪双体船的阻力分析与船型优化

以海峡号高速双体船为参考船型,通过运用MAXSURF建立双体船模型,分析对比不同傅汝德数影响下的阻力变化曲线,并分析不同片体中心距k/b及长宽比L/b下的双体船阻力,得出兴波阻力及其干扰因子变化规律。选出合适的k/b和L/b值,进行双体船船型优化。     

小水线面双体船兴波阻力特性研究

介绍了基于米切尔Michell瘦船理论的一种小水线面双体船SWATH兴波阻力计算基本原理．运用敞篷函数对船体表面及流场进行了线性近似,建立了数值计算模型,对一类直／斜支柱SWATH兴波阻力进行计算,重点分析了支柱间距、倾角变化对兴波阻力的影响,并将计算结果与实验测试进行对比,二者基本吻合,证明该方法用于计算SWATH的兴波阻力是可行和有效的．     

基于变换函数的船体曲面参数化修改技术研究

为实现基于CFD的船型自动优化,需要一种参数化的船体型线生成方法.文中改进了一种基于变换函数的船型参数化方法,以使变换船型更丰富、合理,该方法可以通过改变几个参数即可实现船体型线的自动生成.研究表明,只要选择合适的变换函数,参数的取值范围合理,则可以保证变化后的船型仍然满足光顺性等特征.以1 300 TEU集装箱船和戴维泰勒水池DTMB5415标模为例,阐述了基于变换函数的船体型线变换过程,结果表明,基于变换函数的船型变换方法可以应用于船型精细优化中.     

基于NURBS高阶面元法的浅水船舶兴波阻力计算

实现了一种船舶兴波阻力和兴波波形的数值计算方法，将CFD与CAD技术联系在一起，应用NURBS曲面造型技术将船体曲面表达为统一的数学模型，使性能计算的真实物面条件得以满足，应用高阶面元法数值模拟单、双体船在浅水航道中定常直航状态下的兴波阻力与兴波波形，并与瑞典ShipFlow软件的计算结果进行比较分析，表明该方法是可行的．     

吃水函数船型表达研究

探讨用吃水函数表达船舶线型,用于计算机辅助船舶设计;用于系列船型数学表达和变换,派生新船型;用于参数设计.     

Minimum resistance ship hull uncertainty optimization design based on simulation-based design method

In the ship hull optimization design based on simulation-based design (SBD) technology, low precision of the approximate model leads to an uncertainty form of optimization model. In order to enable the approximate model with finite precision to maximize the effectiveness, uncertainty optimization method is introduced here. Wave resistance coefficient approximation model, built by back propagation (BP) neural network, is represented as a form of interval. Afterwards, a minimum resistance optimization model is established with the design space constituted by principal dimensions and ship form coefficients. Double-level nested optimization architecture is proposed: for outer layer, improved particle swarm optimization (IPSO) algorithm with learning factor improvement strategy is used to generate design variables, and for inner layer, modified very fast simulated annealing (MVFSA) algorithm is used to solve the objective function interval with uncertainty region. Cases calculation proves the effectiveness and superiority of uncertainty optimization method for ship hull SBD optimization design, thus providing a good way for finding optimal designs.     

Shape optimization of bow bulbs with minimum wave-making resistance based on Rankine source method

The hull form optimization concerns one of the most important applications of wave-making resistance theories. In recent years, scholars can determine the hull form by using the optimization method based on the computational fluid dynamics (CFD) and other mathematical techniques. In this paper, the hull form optimization method based on the Rankine source method and nonlinear programming (NLP) is discussed; in the optimization process, a hull form modification function is introduced to represent an improved hull surface and to generate a new smooth hull surface by changing its frame lines and bow stem profiles under the prescribed design constraints. Numerical example is given for a practical container hull form. Finally, shape optimization of bow bulls is shown for non-protruding and protruding bow bulls. This study presents a simplified and practical design method to the select frame lines of bow bulls.     

基于人工神经网络的船型设计与阻力预报

船舶阻力与船体形状之间的关系是复杂的非线性关系,在实际设计中预报船舶阻力的方法一般主要有经验公式法和CFD方法.从打破传统方法的局限性和避免CFD计算的高成本出发,考虑人工神经网络理论对处理非线性复杂问题具有良好的适应性,采用RBF神经网络,试图为不同设计阶段的需要提出新的船型设计方法,并建立了相应的船型-阻力性能预测模型.通过实际数据验证了此方法的可行性和实用性.     

用面元法预报船舶的兴波阻力及波型

采用基于开尔文源的面元法求解航行于均匀流场中的船舶兴波问题．在船体湿表面上布置开尔文源，使其严格满足船体表面条件．数值计算中，首先采用分部积分对被积函数进行简化处理，然后采用高斯积分实现面元和线元上的积分，避免了被积函数为高频振荡函数所带来的数值计算的复杂性和不确定性．计算结果表明，其波型及兴波阻力系数与试验结果和其他数值方法相比均吻合较好．     

基于傅汝德-克雷洛夫力非线性法的规则波浪中船舶运动数学模型

为准确预报规则波浪中船舶的运动, 提出基于四叉树划分的自适应网格法, 以生成船舶瞬时湿表面, 在船舶瞬时湿表面上计算傅汝德-克雷洛夫(F-K)力与静恢复力; 对于与波面相交的面元, 由于F-K力在波面处剧烈波动, 采用四叉树划分法进一步细分面元; 基于线性理论, 采用瞬时自由面格林函数在船舶平均湿表面上计算扰动力; 为避免瞬时自由面格林函数在自由液面处剧烈波动产生严重数值误差, 舍去扰动势所满足边界积分方程中的水线项, 并对迎浪前进速度为傅汝德数0.2的WigleyⅠ型船舶进行数值计算。计算结果表明: 对低于瞬时波面以下的船体部分, F-K力非线性法所需面元数更少, 为细网格法的1/4~1/8;除不规则频率外, 舍去与未舍去水线项所得水动力系数与试验值的相对误差分别小于33.4%、54.8%, 因此, 舍去水线项所得水动力系数更接近试验结果; 当入射波波幅为0.018 m, 波长与船长比为1.25时, 采用F-K力非线性法与线性法所得纵摇幅值响应因子的计算结果分别比试验值低3.2%、17.0%, 波长与船长比为2.00时, 采用F-K力非线性法与线性法所得纵摇幅值响应因子的计算结果分别比试验值低6.7%、13.5%, 可见, 采用F-K力非线性法能够准确地仿真规则波浪中船舶的运动。      

船体型线多学科设计优化系统重构研究

文中分别阐述了目前应用较为普遍的MDF及IDF系统重构方法的基本原理,以46000t油船主尺度及型线的优化设计为例,采用两类不同的系统重构方法进行了优化．结果表明,IDF方法是船型多学科设计优化系统重构的理想方法．     

局部气垫双体船阻力性能及片体间距优化研究

基于流体计算软件STAR-CCM＋,使用VOF法模拟自由液面,联立求解N-S方程及运动方程,并结合湍流模型RNGk-ε及DFBI六自由度模型,对局部气垫双体船型阻力性能进行数值模拟计算,计算结果与船模水池试验结果吻合,精度可信,验证了此该数值方案的可行性.在此基础上,针对局部气垫双体船的片体间距对阻力性能的影响进行数值仿真计算,并对结果进行对比分析,得到了不同片体间距下的阻力变化趋势.针对该局部气垫双体船,综合考虑越峰性能及高速段、低速段阻力性能对片体间距进行选取,认为0.34m的片体间距较为合理.文中使用的CFD方法能够有效模拟局部气垫双体船的阻力性能,可用于船型优化设计.     

Slamming and Green Water Loads on Bow-Flare Ship in Regular Head Waves Investigated by Hydroelasticity Theory and Experiment

With the development of ships towards large scale, high speed and light weight, ship hydroelastic responses and slamming strength issues are becoming increasingly important. In this paper, a time-domain nonlinear hydroelasticity theory is developed to predict ship motion and load responses in harsh regular waves.Hydrostatic restoring force, wave excitation force and radiation force are calculated on the instantaneously wetted body surface to consider the nonlinear effects caused by large amplitude motions of ship in steep waves. A twodimensional(2 D) generalized Wagner model and a one-dimensional(1 D) dam-breaking model are used to estimate the impact loads caused by bow flare slamming and green water on deck, respectively; the impact loads are coupled with the hydroelastic equation in time-domain. Moreover, segmented model tests are carried out in a towing tank to investigate the wave and slamming loads acting on the hull sailing in harsh regular head waves and also validate the numerical results.     

基于三维时域Green函数法的船舶在规则波浪中的运动数学模型

在小时间区域采用级数展开法, 在大时间区域采用渐进展开法, 在大、小时间过渡区域采用精细积分法, 对三维时域Green函数进行数值计算; 采用线性叠加原理求解船舶辐射与绕射问题, 构造出船舶在规则波浪中的运动数学模型, 并采用数值方法计算WigleyⅠ型船舶和S60型船舶以Froude数为0.2迎波浪航行时的水动力系数、波浪激励力与运动时间历程。计算结果表明: 由于不规则频率的影响, 当量纲一频率为1.7时, WigleyⅠ型船舶的垂荡附加质量计算结果比试验结果小44%, 当量纲一频率为2.5时, S60型船舶的纵摇阻尼系数计算结果比试验结果小43%;随着入射波频率的增加, WigleyⅠ型船舶和S60型船舶的水动力系数和波浪激励力的大部分计算结果与试验结果的相对误差小于30%, 且二者的变化趋势一致; 对于WigleyⅠ型船舶, 当波长与船长比为1.25时, 采用三维时域方法计算的垂荡幅值响应因子和纵摇幅值响应因子分别比试验值小11.3%和4.8%, 采用三维频域方法计算的垂荡幅值响应因子比试验值大48.4%, 纵摇幅值响应因子比试验值小48.4%, 当波长与船长比为1.50时, 采用三维时域方法计算的垂荡幅值响应因子和纵摇幅值响应因子分别比试验值小3.0%和11.3%, 采用三维频域方法计算的垂荡幅值响应因子比试验值大9.8%, 纵摇幅值响应因子比试验值小23.6%。可见, 采用三维时域方法能准确地仿真船舶在波浪中的运动时间历程。