基于数字孪生技术的船体结构设计研究

由于传统舰船设计方法中存在船体结构设计不合理、设计效率低、多任务协调性差、准确性验证不足、辅助决策功能不成熟等一系列问题,研究基于数字孪生技术的船体结构设计方案。根据船体设计物理信息,使用三维建模技术构建船体结构数字孪生体,采用第三代波浪数值模型求解海洋环境矢量场,模拟真实海洋环境,实现船舶虚拟呈现。通过刚体六自由度运动方程建立船体水动力模型,模拟船舶航行状态,根据模拟航行的测试结果不断迭代优化船体结构设计方案,最终实现船体结构设计优化。实验表明,该方法构建的船舶数字孪生体效果非常逼真,航行模拟状态很准确,相对误差很小,完全可以达到船体结构性能测试的要求。     

基于有限元分析的船舶制造结构设计仿真

船舶的结构设计直接影响到船舶的强度、刚度、稳定性等性能指标。传统的船舶结构设计方法主要依赖于经验和试验,存在着设计周期长、成本高、效率低等问题,而基于有限元分析的船舶结构设计方法可以通过数值模拟和优化算法来实现结构设计的自动化和优化,提高设计效率和设计质量。本文从船舶结构的极限强度理论和疲劳强度理论分别进行分析,并基于有限元软件进行船舶制造结构的设计仿真。     

基于虚拟现实的船舶三维图像重建方法

通过对船舶三维图像重建处理,提高船舶动态检测识别能力,提出基于虚拟现实的船舶三维图像重建方法。根据船舶图像的空间位置概率分布,构建船舶三维图像的分类子网特征图模型,采用虚拟现实的三维重组技术实现对船舶三维图像重建过程中的纹理渲染和实体建模。在船舶三维图模型的Face Tools中选择虚拟现实重构的面类型,通过颜色、透明度和光照效果的动态渲染实现对船舶三维图像重建。实验表明该方法对船舶三维图像重建的视觉表达能力较好,重建的精密度水平较高。     

低照度三维船舶图像的重建方法研究

随着现代化的发展,船舶行业图像数据应用量日益增加,对三维船舶图像重建技术的要求也越来越高。但现阶段低照度三维船舶图像重建过程中仍存在分辨率低、介质分布不适应等问题。为有效解决上述问题,在深入分析现阶段三维图像重建方法的基础上提出结合ECT技术的新型低照度三维船舶图像的重建方法,从而达到高效、准确实现三维船舶图像重建技术的目标。为验证系统的准确性和实用性,进行相关仿真实验,根据图像需求采用电极对检测模式,通过传感器将三维船舶重建图像进行次对和检测,实验结果表明,基于ECT技术的三维船舶重建系统方法可以更加准确真实的对图像进行重建,相对比传统的图像重建方法,该系统灵敏度和精准度得到有效的改善和提高,证实了该方法的可行性。     

利用虚拟现实技术的舰船图像优化

传统舰船优化算法仅能对图像二维层面进行通道增强,在三维结构层面上无法实现图像的构成像素关系的分析优化,从而出现优化后的图像结构关系不够清晰、细节特征模糊的问题。基于上述图像三维层出现的问题。引入虚拟现实技术,提出虚拟现实技术的舰船图像优化研究。利用虚拟现实技术,在图像的虚拟三维空间,提取图像三维结构特征;通过三维虚拟增强算法,对特征量进行结构变换增强优化。最后通过虚拟重构算法,对优化后的图像特征量进行图像结构重构,从而实现优化图像结构细节的效果。通过与传统图像优化算法的优化效果对比表明:提出的优化方法,在多处图像结构细节优化上,做出精准处理,处理效果符合实际应用要求,且优于传统图像处理效果,更适合舰船图像的精度化处理。     

豪华邮轮大型剧场内支柱布局优化设计

豪华邮轮大型剧场内通常要求设置尽量少的支柱形成尽可能大的支撑空间，存在优化需求。目前的支柱布局多依赖工程师的设计经验实现，缺少数学优化方法的支撑。对此，建立一套基于变密度拓扑优化法的支柱布局优化方法，利用单元相对密度确定设计域内各支柱的“重要性”，通过简化算例验证该方法的可行性。针对目标邮轮大型剧场，采用建立的支柱布局优化方法获得初步的支柱优化方案。经结构动响应校核和二次设计修正，获得工程化的支柱布局优化设计方案。通过对比新、旧方案的多项响应发现，优化设计效果较好，表明该方法在实船优化设计中有效且可靠，可供豪华邮轮大型剧场内的支柱布局优化设计参考。     

基于DELMIA的船舶三维设计碰撞检测分析

传统的船舶设计都依赖于经验,自动化程度相对较低,在船舶制造过程中遇到问题往往难以高效解决。因此为了提高船舶建造的智能化水平,同时改善船舶三维设计中的碰撞问题,本文以DELMIA软件作为仿真平台,建立船舶三维数学模型,通过离散仿真系统对有关特性进行研究。借助虚拟控制技术和碰撞检测算法,对船舶建设过程中的管道布局和结构设计进行优化,从而为实际的生产实践提供理论指导。     

船舶轮廓图像三维重构技术研究

传统三维造型技术所得的三维坐标精准度差,为了解决这个问题,提出一种新的船舶轮廓图像三维重构技术。先提取船舶轮廓线,在处理船舶轮廓图像数据,以实现重构的完整性,在此基础上,采用零均值归一化算法,匹配船舶轮廓图像特征点,在建立粗匹配关系后,获取船舶轮廓三维点坐标,实现船舶轮廓图像三维重构,由此,完成船舶轮廓图像三维重构技术的设计。最后,在数据库中随机选取7组立体匹配对应图像点,对比2种方法的精准度,实验结果表明,所提方法精准度更高。     

基于MAXSURF Structure的某尖舭型快艇艇体结构设计

良好的船体结构设计对于提高船舶结构稳定性和创造船舶安全高效作业条件具有重要的意义。基于三维软件MAXSURF Structure,采用模块化结合参数化的方法对某尖舭型快艇艇体结构进行建模设计，对Structure模块在艇体结构设计中的应用和可行性进行分析，对同型艇艇体结构设计具有一定的借鉴意义。     

集装箱船整船结构三维可视化图像重建方法

由于当前的船体结构设计效率和质量已经无法满足要求,为此本文设计一种基于双目立体视觉技术的集装箱船整船结构三维可视化图像重建方法。该方法首先利用双目立体摄像机采集集装箱船整船结构图像,然后对其进行灰度化和去噪处理,再利用特征检测算子提取图像特征点,最后通过计算图像之间的欧式距离进行特征点立体匹配,从而实现集装箱船整船结构三维图像重建。结果表明,本文方法可以有效完成集装箱船整船结构三维可视化图像重建任务,达到了研究目标。     

矩形耐压舱预应力支柱优化设计

[目的]为有效降低矩形耐压舱顶甲板的弯曲应力,[方法]提出在耐压舱内部设置预应力支柱。首先,给出支柱布局及尺寸已定的情况,以支柱预应力为设计变量,顶甲板板架弯曲应力为目标函数,建立考虑支柱应力约束的支柱预应力最优配置数学模型;然后,进一步将支柱位置作为设计变量,进行支柱布局及其预应力配置优化设计;最后,在预应力优化结果的基础上提出一种降低支柱结构重量的设计思路。[结果]优化结果表明,合理配置支柱的预应力,在支柱重量不增加的前提下顶甲板板架弯曲应力值降低了21.6%;进一步优化后,最终的支柱优化设计方案使顶甲板板架弯曲应力进一步降低了16.0%。[结论]研究结果可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。     

内压下矩形耐压舱内部结构优化设计

[目的]为有效降低内压下矩形耐压舱板架弯曲应力,[方法]分别提出内压下矩形耐压舱内部平台位置和支柱布局以及尺寸优化设计数学模型。以内部平台垂向位置作为设计变量,极小化横纵舱壁结构的最大弯曲应力,采用遗传算法求解,得到最优的内部平台布置位置,其优化结果接近垂向均布。支柱设计采用分级优化设计方法,先以等刚度支柱位置作为设计变量,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,分别得到不同支柱数量下的最优布局方案;然后依据应力约束条件选取支柱数量及布局,在此基础上进一步以支柱截面尺寸作为设计变量,以基础优化方案的重量作为约束,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,得到不等刚度支柱最优截面尺寸。[结果]其优化结果显示偏中心区域支柱截面积更大。最终优化设计方案较初始方案,横舱壁、纵舱壁和顶甲板弯曲应力分别降低了28.3%,25.7%和13.9%。[结论]本优化设计方法可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。     

基于CATIA V6的船舶结构建库方法

为提高船舶的研制效率,将知识工程应用于船舶节点构件和结构设计过程中是当前工程应用的热点。基于CATIA V6软件平台,探讨三维设计中船舶结构建库流程和建库对结构设计的重要性,系统分析结构资源数据配置内容和组成,重点说明资源表的具体功能。结合参数化建模和知识工程技术,详细分析结构标准件创建步骤和设计要点。以典型船舶产品的几何结构为基础,建立完整的结构标准件和结构件模板,并实现了工程应用,为船舶结构建库提供了技术支撑和决策支持。     

基于视觉传达优化的低清晰度船舶图像复原研究

针对图像复原易出现复原图像颜色视觉特征失真问题,提出基于视觉传达优化的低清晰度船舶图像复原方法。该方法通过帧扫描方法,提取低清晰度船舶图像视觉传达信息的像素二维特征;使用基于最大后验概率的高分辨率船舶图像重组方法,将所提取低清晰度船舶图像视觉传达信息的像素二维特征,进行高分辨率特征重组,并引入基于视觉颜色模型的视觉传达效果优化复原方法,优化高分辨率特征重组后复原图像的颜色视觉传达效果。实验数据验证：该方法对低清晰度海域通行船舶监控图像复原处理后,图像视觉传达效果得到明显提升,且复原后船舶图像峰值信噪比、结构相似性指数接近1,图像特征失真小;复原后图像颜色特征显著性指数最大值达1.0,颜色特征细节显著性得以改善。     

基于视觉传达的船舶航行图像优化研究

为了改善船舶航行图像质量,准确分辨图像信息,提出基于视觉传达的船舶航行图像优化方法。利用双边滤波器与冲击滤波器处理模糊船舶航行图像,达到图像去噪、纹理平滑以及边缘特征增强的目的。根据模糊核的稀疏性特点,通过正则化交替迭代方式实现模糊最佳估计结果的确定后,基于梯度稀疏的反卷积方法实现模糊图像的复原,运用HSV色彩模型对复原后的船舶航行图像作优化处理,获得高质量船舶航行图像。实验结果表明,该方法可实现模糊船舶航行图像视觉传达优化,优化后图像的结构相似度、信息熵指标最高可达0.967、9.49,边缘强度、梯度均值、彩色熵指标达到设定要求,图像视觉优化效果突出。     

船舶外壳材料成型三维仿真研究

常规船舶外壳材料成型三维模拟过程,无视船舶外壳材料的导流性能,导致仿真图像密度矢量较低,因此,提出船舶外壳材料成型的三维仿真研究。计算PVC金属导流成型范围内的描述误差,确定弧形三维外壳构件参数,利用参数搭建仿真层级体系,建立三维实体CAD等效仿真模型,对仿真模型结构进行多层化处理后,通过Visual-mesh软件对材料成型后的三维结构进行有限元网格化处理,结合多点匀时拟合成型技术,描述出船舶外壳材料成型图像,以此实现三维仿真过程。最终的实验结果表明:设计方法与2种常规方法进行比较,仿真图像密度矢量均高于常规方法。     

融合视觉信息的船舶舾装数字化三维辅助设计

研究融合视觉信息的船舶舾装数字化三维辅助设计,以改善模型设计效果。基于双目视觉原理获取船舶舾装设备目标多视角图像,在对其预处理的基础上采集三维空间数据,与舾装设备图纸、几何尺寸信息等作为依据,利用FORAN软件构建舾装设备参数化三维模型,并确定模型安装基准点。采用混合图元全自由度渲染法对船舶舾装数字化三维设计结果进行处理,提升模型整体设计效果。实验结果表明：该方法可获取舾装设备多视角图像,构建舾装设备三维模型并标注模型参数信息;实现船舶机舱底部区域舾装单元的布局,渲染后的舾装数字化三维设计色彩对比度强烈、饱和度好,视觉效果突出。     

基于虚拟现实的船舶航行复杂周围环境图像三维仿真

为提升船舶在复杂航行环境中的安全,提出基于虚拟现实的船舶航行复杂周围环境图像三维仿真方法。该方法使用虚拟现实技术中的Vega Prime虚拟现实开发工具,依据海洋、船舶相关数据与图像,使用Crertor工具建立flt静态三维模型库,从该模型库内导出船舶三维模型所需数据后,使用Vega Prime虚拟现实开发工具的LynXPrime图形界面,对船舶航行复杂周围环境的水体、海浪等进行建模并进行纹理制作后,再通过实时驱动、视景仿真驱动以及仿真交互程序运行,实现船舶航行复杂周围环境图像三维仿真模型的交互。实验结果表明,该方法可有效对船舶航行复杂周围环境的洋流流向、流速、海水温度进行三维仿真。同时也可对船舶航行环境内其他船舶进行红外视景可视化,且应用效果较佳。     

粒子群优化算法在螺旋桨三维翼型剖面设计中的应用

螺旋桨作为船舶等海上运输设备的主要动力来源和方向控制器,对船舶工业的发展起着重要的作用。随着螺旋桨动力学理论和结构设计的不断完善,针对船舶螺旋桨的改进技术也层出不穷。本文在传统螺旋桨升力线理论的基础上,针对螺旋桨的三维翼型剖面设计引入了粒子群优化算法,并用该优化算法对设计过程进行功能和结构的优化。     

船舶耐碰撞结构设计有限元分析研究

为了提高船舶机械结构强度,从而提高船舶的耐碰撞能力,提出一种基于有限元分析的船舶耐碰撞结构设计方法。在CAD/CAM平台上进行船舶耐碰撞疲劳损伤结构分析,采用连续体模型分割方法进行船舶的机械结构强度分解,结合有限元分析方法进行船舶耐碰撞应力结构分析,以屈服强度和船舶荷载强度为测试约束指标参量,进行结构强度的力学分解,在有限元仿真软件中进行应力评估,实现船舶结构优化设计。测试结果表明,采用该方法进行船舶耐碰撞结构设计,对船舶的结构力学分析结构准确度较高,船舶的结构强度得到增强,耐碰撞性能提高。