船舶CAD/CFD集成优化接口开发及应用研究

为实现船舶CAD/CFD的船型自动优化,数据集成是其关键技术之一.文章重点研究船型与阻力性能计算程序(Shipflow)之间的接口技术,开发了读取IGES文件的接口模块程序,实现了船型与阻力计算程序之间的数据自动提取.最后以实例进行了验证,初步实现了基于CAD/CFD的船型自动优化.该研究不仅仅开发了阻力性能的接口程序,也为船型与其主要性能计算模块之间的接口开发提供了技术途径.     

船型设计与性能分析系统数据接口设计与实现

通过分析船型设计与性能分析系统数据接口的现状,提出Maxsurf与Shipcad系统数据接口的技术方案。在研究数据接口开发环境的基础上,对数据接口转换软件进行详细设计、开发和验证。实例验证所设计的数据接口转换软件打通了数据流转通道,能提高设计效率,奠定了进一步实现舰船集成设计研发平台的基础。     

基于iSIGHT的船型耐波性优化研究

将船型变换程序接入到iSIGHT系统中,进行系列船型的变换,生成船型库;应用三维时域面元法(Wasim软件)对船型库中的系列船型进行耐波性的计算,将计算结果绘制成图谱,对耐波性与主要船型参数之间的关系总结归纳,并编写插值程序。将船型变换程序与插值程序相连,再接入到整个优化系统中,寻找到耐波性能更优良的船型。以某远洋渔船船型为例,验证了基于iSIGHT的耐波性优化系统的可行性。     

近似技术在船型阻力性能优化中的应用研究

船体型线优化过程中,通常要利用高精度的CFD软件对船舶的相关性能进行数值求解。这将耗费大量的时间,导致船型优化效率降低。为有效提高船型优化的效率,提出将近似技术应用于船型自动优化中,以代替CFD数值求解。探讨了样本点选取、样本集形成及近似模型实现途径等问题。以一艘1300TEU集装箱船的线型优化为例,构建船体兴波阻力的Kriging近似模型,并将其应用于球鼻首的优化中。计算结果表明,基于Kriging模型的船型优化是一种实用而且有效的方法。     

基于SAP2000的码头桩基设计接口开发与应用

桩基结构的码头受力工况复杂,比选方案众多,通过手算费时费力。SAP2000作为一款通用有限元软件,应用在码头结构计算这一细分领域内时存在建模效率低、配套功能不全的问题。基于SAP2000二次开发功能,通过C#语言开发了码头桩基设计接口。通过对桩基模型主要特征进行参数化分析,为码头桩基设计接口与桩基结构模型的交互打下基础,进而实现一键修改桩基斜率和角度,提高了软件的建模效率。为了便于桩基方案比选优化,开发了桩位图显示与导出、桩基模型存储与载入功能。提出基于IFC标准实现SAP2000与Revit模型的转换,弥补了SAP2000在碰撞检查方面的缺陷。通过在南美某码头工程中应用该码头桩基设计接口以辅助SAP2000模型建模与分析,大大提高了码头结构模型建模效率,拓展了SAP2000软件的原生功能,优化了复杂桩基结构设计过程。     

基于CFD的Series60船艏型线自动优化

在基于仿真的设计(SBD)方法的指导思想下,提出了基于CFD的船型自动优化方法以实现船型自动优化。该方法主要由径向基函数插值技术实现船体曲面自动变形的变形模块和水动力计算模块组成,水动力计算由CFD-SHIPFLOW软件实现。以Series60船舶的兴波阻力最小为优化目标,利用该方法实现了其船艏型线的自动优化。优化结果表明:对于Series60船型,在满足工程约束的条件下,基于CFD的船体曲面自动优化方法可以获得阻力降低的新船型。     

基于标准中间文件的CAD-CFD接口开发与应用

船舶行业的虚拟试验系统需要在CAD软件中建模在CFD软件中分析计算,两者往往需要重复建模,或者需要花费大量精力进行数据转换和复用。为此,提出在CAD和CFD接口程序设计中建立标准中间文件的方法,两者可共用一套标准数据,实现快速建模。介绍设计的标准中间文件格式;并设计接口程序抽取、解析标准中间文件中的船体型值表数据,在UG中自动创建船体模型,根据计算域参数和网格信息数据在Gambit中自动建立计算域、划分网格,导出CFD软件Fluent支持的msh格式数据,最终完成流体分析,解决了手工工作的繁琐和不系统问题。     

基于CFD和响应面方法的最小阻力船型自动优化

计算流体动力学CFD方法凭借其较高的计算精度和获取更多流场信息的能力逐渐成为新船型设计重要手段.文章利用iSight多学科优化平台建立了一套船型优化系统,集成了CFD技术、船型变换及自动生成技术和响应面代理模型技术和组合优化算法.编制了船型参数变换和生成系统实现了船型变换和CFD计算程序Shipflow输入数据的自动连接;通过对主要船型参数的控制,实现整个船型优化流程的自动化.采用了进化遗传算法(GA)与二次序列规划法(SQP)相结合的二阶组合优化方法实现了从全局探索再到局部空间寻优的整个流程.同时,将响应面近似模型(RSM)引入到优化进程中,解决了计算精度与优化效率间的矛盾,使得高精度的CFD分析工具融入到船舶优化设计进程中成为可能.最后利用该系统对一条设计船的阻力性能进行了优化.     

圆舭折角高速船型线参数化设计及其阻力性能分析

船长傅氏数位于0.3～0.7之间时,排水型圆舭折角船型体现了较好的快速性和横摇缓和性能.在分析船体几何特征的基础上,基于NAPA设计软件编制了参数化型线设计程序,并利用Fluent软件对生成的不同几何模型进行了阻力性能分析,为圆舭折角船型型线的快速生成和折角线长度的确定提供了一定的借鉴.     

船舶多学科设计优化中的船型变换模块

为了实现船型优化,第一步需要按照设计变量的改变来生成船型,这样就需要一个变换程序将母型船变换成设计船.当船型优化发展到基于CFD以后,传统的通过主尺度和几个船型参数例如Cp,Cw等来控制船体型线的做法已经不能满足要求,需要对船型进行更加准确,细致的控制.为了解决这个问题,文中开发了一个新的船型变换程序,它直接读人横剖面面积曲线和设计水线,然后变换船体型线以满足这两根曲线的要求.该程序的变换步骤包括主尺度仿射变换,Cm变换,横剖面面积曲线变换和设计水线变换.程序中主要的变换方法为广义Lackenby变换,仿射变换等.该程序由于直接根据横剖面面积曲线和设计水线来控制型线,使船型变换模块的设计变量从10个左右扩展到了40个以上,增加了船型优化提升船体性能的可能性.该程序是船舶多学科设计优化的船型优化模块的前处理程序.     

基于MySQL和BP神经网络的船舶焊接专家库软件研发

为提高船舶焊接试验过程中的工艺实施效率,研发一种基于MySQL和反向传播(Back Propagation, BP)神经网络的船舶焊接专家库软件。该软件由专家数据库、报表生成器、热输入值预测机、人机交互界面、通信接口组成,基于MySQL开发焊接专家数据库,基于BP神经网络设计热输入值预测机,具备自动坡口图生成、自动焊接工艺规范(Welding Procedure Specification, WPS)生成、自动专家经验数据存取等自动化功能,具备智能热输入值预测等智能功能。实船焊接试验结果表明,该软件可满足实船焊接试验需求,快速存取专家经验数据,提高焊接试验过程效率。     

船舶车钟Proteus软件仿真研究

以Proteus仿真软件为设计基础,提出了船舶车钟用Keil C软件设计的方法,一种基于RS485通讯技术的船舶应急车钟系统,包括发送器和接收器,该发送器与接收器之间通过RS485异步串行接口相互连接。通过设计验证船舶车钟软件相关功能,发现软件设计中不同步等相关问题,从而提出了改进的方法。     

水面舰船甲板局部静强度测试软件

在总纵强度虚拟测试系统的基础上,设计舰船甲板及平台局部结构静强度测试软件。利用XML文档与测试软件的数据库接口,将舰船测试模型数据准确导入系统,通过"载荷计算"、"甲板板强度计算"和"骨材强度计算"等流程实现基于国家军用标准的甲板局部静强度测试与验证。软件测试结果与人工校核的实船计算结果对比一致,达到了人机交互的数字化测试效果,与人工校核相比大大缩短了计算时间。     

模糊混沌算法及其在船舶性能或结构特性综合优化的应用研究

将限界搜索模糊优化与混沌算法复合构成限界搜索模糊混沌算法,并将其应用于大中型船舶性能或结构特性综合优化计算分析中.建立了以加权和形式为目标函数的综合优化数学模型,编制了计算软件,进行了大量对比计算.计算结果表明:这些优化方法和计算软件界面友好、可靠性和计算效率高,并且具有较高的实用性,运用于大中型船舶性能或结构特性综合优化是切实可行的;对于大中型船舶方案或初步设计也有使用价值.     

基于参数化船型的阻力优化研究

船型几何模型的参数化表达,是船型多学科设计优化的基础。其作用是为各学科分析和优化提供一个统一的几何模型,并根据各学科分析结果自动修改调整船体型线。文中尝试使用Friendship进行船体完全参数化建模,并使用该软件中的feature编程功能编程实现shipflow型值数据的提取;通过改变一系列重要的船型参数实现变换船型几何模型,以获得满足性能需求的船型。最后利用该软件的优化框架,采用切线搜索法 (Tangent Search, TSearch) 完成1300TEU集装箱船的兴波阻力优化,优化球首和前体船体曲面。结果表明,该参数化方法在改进船型水动力性能方面有很好的效果。     

基于工业以太网和组态软件的船舶电力推进监控系统的实现

船舶电力推进是现代化船舶发展的必然趋势,其监控系统是船舶可靠工作的重要保障.本文介绍了基于工业以太网和组态软件的船舶电力推进监控系统的设计实现,以及工业以太网的组建和上层监控界面的软件实现流程及其功能.     

嵌入式船舶分油机控制系统的设计

针对船舶分油机控制系统中存在的实时性较差、人机交互单元不够友好等问题,设计一种以嵌入式微处理器S3C2440芯片为CPU,以Linux嵌入式系统为实时操作系统,采用触摸屏作为人机交互界面的嵌入式船舶分油机控制系统。人机交互界面在跨平台编程软件Qt下开发完成,具有操作简单方便、参数及报警信息显示直观等优点。     

利用Intelliship的数据接口实现船体剖面模数计算自动化

介绍了船舶三维设计软件Intelliship的数据结构,阐述了如何利用其开放的数据接口进行二次开发,实现船体剖面模数计算的自动化.     

采用遗传算法进行球鼻艏优化的流体动力计算(英文)

Computational fluid dynamics(CFD) plays a major role in predicting the flow behavior of a ship.With the development of fast computers and robust CFD software,CFD has become an important tool for designers and engineers in the ship industry.In this paper,the hull form of a ship was optimized for total resistance using CFD as a calculation tool and a genetic algorithm as an optimization tool.CFD based optimization consists of major steps involving automatic generation of geometry based on design parameters,automatic generation of mesh,automatic analysis of fluid flow to calculate the required objective/cost function,and finally an optimization tool to evaluate the cost for optimization.In this paper,integration of a genetic algorithm program,written in MATLAB,was carried out with the geometry and meshing software GAMBIT and CFD analysis software FLUENT.Different geometries of additive bulbous bow were incorporated in the original hull based on design parameters.These design variables were optimized to achieve a minimum cost function of "total resistance".Integration of a genetic algorithm with CFD tools proves to be effective for hull form optimization.