基于非线性规划法的实用船型首部优化设计方法

为了得到阻力性能优良的实用船型,以线性兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法探讨最小总阻力船型的优化设计方法.以总阻力为目标函数(其中兴波阻力采用Michell积分进行计算),船体表面型值为设计变量,排水量不减为基本约束条件,再考虑实用船型的附加约束条件,对船体首部形状进行优化研究,得到改良船型.对优化前后的船型再利用Rankine 源法进行兴波阻力数值计算,进一步评估优化后的降阻效果.最后给出了实际船型(集装箱船)的优化计算实例,明显的降阻效果证实了本优化设计方法的可靠性.     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW软件为计算工具,利用CAD-CFD集成平台FRIENDSHIP-Framework软件进行变形优化,研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法,并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况。在型线优化过程中,以兴波阻力系数为目标函数,排水量变化范围为约束条件,在Wigley船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量,利用DOE方法对船艏进行优化,获得了设计航速下兴波阻力较小的船型,验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性。相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明:在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示:在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力。与此同时,由于优化前后船体湿表面积变化很小,粘性阻力的变化并不明显,兴波的减小则使得总阻力得到了改善。     

超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化。文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能。优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-II)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型。结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求。     

超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化.文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能.优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-Ⅱ)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型.结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求.     

基于计算流体动力学的最小阻力船型自动优化

基于计算流体动力学(CFD)理论,利用i SIGHT优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法集成船型变换及自动生成技术、CFD技术及优化算法。优化过程中,编制船型参数化融合模块实现船型变换与SHIPFLOW软件输入数据间的自动连接;采用遗传算法与二次序列规划法相结合的组合优化方法实现从全局探索再到局部空间寻优的整个流程。以某双艉集装箱船为例,优化后船体兴波阻力明显下降,总阻力也得到显著的改善,获得了设计航速下总阻力最小的船艏与船艉线型组合,表明了该方法的可行性与有效性。研究显示,所提出的方法可以获得阻力性能优良的船体型线供设计者参考,具有较强的工程适用性,在基于CFD的船型自动优化方面具有广阔的应用前景。     

基于CFD的船舶球首型线自动优化

在满足排水量及航速要求情况下设计出性能优良的船体型线,降低船体阻力、节能降耗是造船界一直所追求的目标。船舶球首的大小、位置和形状对船体兴波影响非常大,因此文章通过船型参数化融合方法,生成一系列球首型线,并以兴波阻力最小为目标,采用遗传算法实现球首型线的自动优化。将上述方法应用于某集装箱船球首型线的自动优化,并进行船舶静水阻力实验,实验表明优化船型在设计航速附近总阻力降低明显,说明文中采用的基于CFD船型自动优化方法是可行的。     

2200箱集装箱船球鼻首优化

航运业的发展必然伴随着能源的大量消耗,船舶节能减排迫在眉睫,球鼻首型线设计对船舶的节能减排、发展绿色船舶技术意义重大。以2 200箱集装箱船为研究对象,使用CAESES软件对球鼻首部分进行参数化建模,对比参数化前后船体模型的静水力数据,以确保球鼻首参数化之后模型的精确度,集成SHIPFLOW软件,以兴波阻力为目标函数,使用遗传算法对球鼻首参数化之后的船型进行阻力性能优化。结果显示,该船型在设计航速19 kn下进行优化之后,兴波阻力降低了4.137%,总阻力也得到改善,优化之后的船型在低速15 kn时阻力也相对有很大降低。     

基于Operational Profile的牲畜船型线优化研究

文章利用CAESES和SHIPFLOW软件组成的优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法通过参数化建模技术实现船型的自动变换,并通过遗传算法结合兴波阻力系数的势流计算对最佳阻力船型进行搜索。以某牲畜船为研究对象,通过该优化平台对考虑实际航行工况(operational profile)下阻力最佳的直艏和隐形球艏设计方案分别进行了最优值搜索,最后通过RANS方法计算总阻力并对优化结果进行验证。研究结果表明,提出方法优化后的两种船型总阻力均降低明显,说明选用的船型自动优化方法是可行的。     

基于偏相关性分析的船型优化设计方法

针对传统船型优化存在耗费时间长、优化效率低的缺点,本文提出一种基于偏相关性的船型优化设计方法。该方法利用偏相关性分析,对船体外形与兴波阻力的相关规律进行经验总结,并将这种设计经验引入到优化设计中,可以缩小相关设计变量的取值范围,显著提高优化效率。利用该方法对布拉尼函数(Branin Function)、哈特曼函数(Hartman function)以及KCS集装箱船的兴波阻力进行优化计算,通过对比分析,证明了该方法的可行性。     

基于参数化建模的深拖母船阻力优化

为获得阻力性能优良的船型,以某深拖母船作为母型船,运用参数化建模技术在优化平台Friendship中建立参数化模型,以兴波阻力作为优化目标,先运用全局搜索Sobol算法进行初步优化,再运用局部搜索Tsearch算法进行二次优化,结果显示,优化船型的兴波阻力较母型船明显降低,优化效果良好。将优化结果与CFD软件STAR-CCM+的计算结果以及母型船模型试验结果对比表明,基于兴波阻力的船型优化对于总阻力有一定的降阻效果。     

基于集成仿真的灯光渔船艏部型线优化

针对我国现有渔船标准化建设中遇到的船体型线优化难的问题,提出一种基于集成仿真优化技术的船体型线优化方法,并以一艘灯光渔船的兴波阻力性能优化为例,通过半参数化方法提取10个控制参数用于艏部型线的变换,兴波阻力采用势流理论方法进行评估,并采用Sobol算法与梯度搜索算法相结合的优化算法。基于上述的船体型线优化方法最终得到兴波阻力性能最优的船型,优化结果表明,文中提出的船体优化技术是有效的,有助于加快推进渔船船型的标准化建设。     

保证耐波性能的目标函数的Wigley船型优化(英文)

The research performed in this paper was carried out to investigate the computational procedure to design seakeeping optimized ship hull form. To reach the optimized hull form, four stages should be done, which consists of: generate alternative hull form, seakeeping calculations, objective functions and optimization techniques. There are many parameters that may be determined in ship hull form optimization. This paper deals with developed strip theory for determining the seakeeping performance, genetic algorithm(GA) as optimization method, high order equations for curve fitting of the hull form and finally reaching to the minimum bow vertical motion in regular head waves. The Wigley hull is selected as an initial hull and carried to be optimized. Two cases are considered. For the first case, the only form coefficients of the hull(C B, C M, C W, C P) are changed and main dimensions(L, B, T) are fixed. In the second case both hull form and main dimensions are varied simultaneously. Finally, optimized hull form and its seakeeping performances are presented. The results of optimization procedure demonstrate that the optimized hull forms yield a reduction in vertical motion and acceleration.     

高速巡逻艇阻力预报及船型优化研究

为了快速、准确地获得高速船型的阻力性能,采用Michell积分法计算某高速巡逻艇的兴波阻力,并将计算结果同线性化的Rankine源法相比较,从而证实了该方法的有效性。同时以Michell积分法为基础,采用非线性规划法进行优化计算,在短时间内能获得性能优良的改良船型,由此可见,Michell积分法对于快速预报高速船型的阻力性能和船型优化是可靠的。     

三体船侧体布局及型线优化设计研究

采用分层次优化,首先以总阻力最小为优化目标对某三体船侧体横向和纵向的相对位置进行了优化研究,得到阻力性能最优的三体船侧体布局方案;然后基于侧体最优布局,进行型线优化,最终完成三体船的侧体布局和型线的序列优化。结果表明,所采用的三体船侧体布局及型线优化方法具有可行性,可为三体船船型设计提供参考依据。     

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.     

基于GA的大型船舶制造企业风险管理研究

介绍了运用遗传算法（GA）解决实际问题通常包括的步骤。探讨了散货船船体吊装顺序优化，建立了在给定周期下实现成本最小的目标函数，提出了一种改进GA来求解全局最优或者次优的装配顺序，采用了整数编码、单点交叉方法和新的变异方式。采用了最小偏差法，构造了FPSO船型优化的统一目标函数，采用了实数编码，以容量最大、造价最小为目标进行了多目标优化。     

船体曲线曲面的B样条光顺

根据给定的船体型值点，以三次非均匀B样条为光顺函数，采用整体光顺方法，以应变能最小、曲率变化均匀为准则，以控制点为未知量，建立最优化问题的约束方程并求解，实现船体曲线的光顺。根据曲线的相对曲率线图，将优化后的光顺B样条船体曲线与插值B样条曲线、传统最小二乘法逼近曲线进行了比较。构[循规蹈矩本曲面，以UV方向上的单参数曲线族或站线、水线、纵剖线方向的截面曲线族为研究对象，以曲线族的应变能之和最小为准则，进行光顺处理，最后，以NURBS为统一数学表达式，根据光顺后得到的控制点网络，应用双三次非均匀有理B样条得到光顺的船体曲面。