参数化艇型最优化设计研究

传统的艇型设计方法是通过反复的选型-计算-修改实现的,不但效率低下,而且因为选型范围有限,常导致得不到最优解.iSIGHT优化设计平台可以自动选择设计点并执行仿真过程,能实现设计过程的自动化和数据的可视化,是很有前景的设计工具.本文研究了iSIGHT的过程集成技术和智能寻优等关键技术,实现了参数化驱动Gambit建模,iSIGHT集成Gambit和Fluent的智能化艇型设计流程.首先阐述了格兰韦尔艇型的数学线型方程的建立过程和参数的限定范围.然后针对某潜水器,以最小阻力为目标,艇内布置要求为约束条件,将可调参数作为设计变量,采用基于全局探索的遗传算法进行优化.结果表明,本文方法提高了设计效率,实现了优化目的,并对类似数学船型的优化提供了一种新思路.     

SolidWorks尺寸驱动参数化的柴油机箱体建模

以柴油机箱体为例,利用SolidWorks三维软件,通过VB. NET程序开发平台,以参数化设计思想为主导,调用相关的API接口,进行软件的二次开发,实现尺寸驱动参数化的建模简化以提高建模的效率。该方法具有普遍适应性,可在三维建模方面推广使用。     

基于SolidWorks二次开发的带式输送机参数化设计

针对同类型不同参数的带式输送机设计过程中重复建模工作量大且效率低的问题,研究基于Solid-Works二次开发的带式输送机参数化设计技术;利用VB.NET语言对SolidWorks软件进行二次开发,通过参数化设计技术实现带式输送机模型的快速重构,并输出工程图。该方法可提高设计效率。     

潜艇附体水动力外形优化设计研究

以SUBOFF潜艇为母型,对导弹包进行参数化,基于CFD技术与iSIGHT优化平台,运用试验设计方法创建计算样本,引入响应面技术构造潜体总阻力与导弹包参变量之间的近似函数,并在此基础上采用现代优化算法以总阻力最小为优化目标寻优,确定最优点设计参数,分析阻力随各设计参数变化的规律。     

基于ISIGHT圆柱绕流的换热强化与减阻优化设计

圆柱绕流在工程应用中十分普遍,大到海洋结构物,小到微型换热器均有其身影,其中控制圆柱的排布对主圆柱的最终性能有着举足轻重的影响。为研究圆柱绕流系统的换热强度及减阻性能,本文利用ISIGHT优化平台强大的集成能力,实现利用ISIGHT驱动Gambit,Fluent软件并寻求最优参数组合的设计流程。研究发现,在Re=200时,与单圆柱系统相比,通过合理布置控制圆柱的方位参数(间隙率L/D=2,夹角degree=30°时),在提高换热性能的同时,还能减小圆柱阻力的优良结构。全程采用参数化设计,自动化寻优,提高了设计效率,为圆柱绕流提供了一个新的优化思路。     

基于多学科设计优化的UUV总体组合优化方法

无人水下航行器(UUV)是多学科交叉的复杂耦合系统,采用多学科设计优化(MDO)可以大大缩短UUV研发周期,提升UUV总体性能。针对UUV的总体设计,开展模块化学科划分,建立各学科分析模型。由于UUV总体系统属于多变量高维空间,单一的优化方法并不能得到全局范围的最优解,采用序列二次规划法结合自适应模拟退火法以及序列二次规划法结合多岛遗传算法的组合优化设计方法,基于协同优化策略,开展以UUV总重量为主优化目标的多学科设计优化,并利用仿真分析对优化后的UUV结构强度与稳定性进行校验。由优化设计的结果可以看出,UUV满足各个子系统约束的前提下,有效地减小了UUV总重量。     

一种液化气船A型舱的分舱优化设计方法

液化气船A型舱建模复杂,且与主尺度、线型及舱容指标等耦合性很强,为提高A型货舱的液化气船在总体层面综合优化设计效率,提出了一种基于参数化建模的液化气船A型货舱的分舱优化设计方法(POMSA)。该方法以参数化建模为核心,以NAPA三维设计软件为平台,对液化气船A型货舱包括典型中横剖面形式、主横舱壁位置以及内壳折角三个方面进行参数化建模表达并作为主要设计变量;基于主尺度、线型、初步总布置等信息作为前提输入;以IGC规范对货罐位置要求、建造工艺对货罐最小边长的要求,目标货舱舱容,螺旋桨浸没以及视线等对压载水量的要求为约束;以货舱舱容最大化为优化设计目标;以iSIGHT优化设计软件为平台,搭建优化数学模型,采用一种探索型全局优化算法的组合算法求解优化模型。经验证,该方法优化迭代效率很高,适合总体设计前期快速评估反馈方案。     

基于iSIGHT的耐压壳静动力学综合优化设计

根据圆柱形耐压壳设计中对强度和稳定性，振动和声辐射的要求，建立了数学模型。以重量最轻，临界频率最大综合优化了耐压壳的静动力学性能。同时，运用APDL语言进行了耐压壳参数化有限元建模。分别在iSIGHT设计环境下集成了自编程序和参数化有限元模型，两种方法给出了吻合的最优结果。     

潜艇导弹包型线优化设计研究

潜艇导弹包的外形对潜艇各种航行性能都有重要影响,各个国家对潜艇导弹包的外形设计都非常重视。本文以SUBOFF潜艇为母型,首先对导弹包进行参数化,基于CFD技术与iSIGHT优化平台,运用试验设计方法创建计算样本,然后引入响应面技术构造潜体总阻力与导弹包参变量之间的近似函数,并在此基础上采用现代优化算法,以总阻力最小为优化目标寻优,确定最优点设计参数,同时分析了阻力随各设计参数变化的规律。     

基于SolidWorks的疏浚绞刀主体参数化设计

绞吸挖泥船作为疏浚行业的一种挖泥利器,其绞刀对挖泥船的挖泥能力影响巨大。目前设计绞刀时多以手动方式进行主体建模,其刀臂、大环和轮毂作为绞刀的主体结构,建模中存在参数较多、建模繁琐、精度不高的问题。为了缩短建模周期、提高建模精度,提出了一种参数化绞刀主体建模方法,并采用C#编程语言对SolidWorks进行二次开发,通过调用内置的API接口实现了绞刀主体三维模型的参数化、自动化生成。结合面向对象编程理念,开发了基于SolidWorks平台的绞刀主体建模软件,实现绞刀参数建模和绞刀性能计算的融合,提供了绞刀标准化、参数化创建方式。研究成果可为绞刀主体的性能优化提供参考方向。     

基于代理模型的水下航行体头型优化设计方法研究

文章采用Kriging代理模型技术针对水下航行体头型优化设计开展研究。采用CFD方法分析了不同头型水下航行体的流体动力性能,将性能参数作为初始样本建立代理模型;根据测试样本点的预测均方误差选择加点策略更新代理模型,提高代理模型预测精度;采用非劣分类遗传算法对阻力和表面压力开展多目标优化,寻找近似最优解。结果表明:基于代理模型技术的水下航行体头型多目标优化设计方法可以有效提高设计效率,获得具有良好水动特性的航行体头型。     

基于MOGA的潜器快速性和操纵性综合优化研究

基于Pareto解的多目标优化方法NSGA-II应用至潜器的快速性与操纵性综合优化设计之中。通过回转体潜器阻力性能的数值计算结果建立了阻力的近似计算模型,并与系列模型试验结果进行了比较;通过估算潜器的水动力系数,根据水平面线性运动方程得出水平面操纵运动稳定性和机动性的衡准指标。优化后,得到了阻力与回转直径的Pareto最优解的散点图,设计者可针对不同需求的潜器,从中进行选择,保证了Pareto最优解对应的每一艇型设计方案在满足操纵性要求下阻力最小,或在该阻力值的条件下操纵性最优。     

模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究

基于模块化思想,设计一种小型水下航行器,该航行器共分为艏舱、前侧推进舱、前浮力舱、主控舱、后浮力舱、后侧推进舱和艉舱7个舱室,并在航行器上安装可拆卸式滑翔翼板,由滑翔翼提供向上升力。设计完成后,建立航行器的三维数值仿真模型,采用CFD软件对其进行水动力学性能预报,分析水下航行器的流场分布以及不同攻角下的升力和阻力特性,并通过试验验证数值仿真结果的准确性,为新型水下小型航行器的设计提供研究思路。     

耙吸式挖泥船高压冲水装置的数值模拟及水力优化

耙吸式挖泥船可利用耙头上的高压冲水装置有效提高疏浚作业的工作效率,现有高压冲水装置管路的设计仍不完善,一些结构亟待优化。采用数值方法对某高压冲水装置进行三维建模、模拟计算和分析,发现耙头内的高压冲水管路中存在较多漩涡流,水力损失较大,导致耙头施工时达不到理想的出口总压,影响效率;针对这些问题,通过使用渐变管、圆倒角等方式改善管内流动。结果表明,优化后的耙头高压冲水管路阻力损失减少,射流水速更高,冲水总流量提高约3%,出口总压增大,破土能力提升,从而提高疏浚作业的效率。     

波高对桩柱最大水平波浪力新算法精确性影响

对Morison方程进行适当变形、推演,得到了一种可直接计算近海平台支撑物所受最大水平波浪力的计算方法。将此计算方法与经典计算法进行对比。对比发现,当阻力相对于惯性力起主要作用时,新算法与经典算法所得结论完全一致。当惯性力相对于阻力起主要作用时,新算法存在一定偏差,在该情况下,使用Matlab辅助计算,得到了波高对桩柱最大水平波浪力新算法精确性的影响曲线。     

拖曳嵌入式板锚在中国的研究近况(英文)

Experimental and theoretical studies of drag embedment plate anchors recently carried out in Tianjin University are summarized in this research paper, which involve a series of important topics relevant to the study of drag anchors. The techniques for measuring the trajectory and movement direction of drag anchors in soils, the techniques for measuring the moving embedment point and reverse catenary shape of the embedded drag line, the penetration mechanism and kinematic behavior of drag anchors, the ultimate embedment depth of drag anchors, the movement direction of the anchor with an arbitrary fluke section, the reverse catenary properties of the embedded drag line, the interactional properties between drag anchor and installation line, the kinematic model of drag anchors in seabed soils, and the analytical method for predicting the anchor trajectory in soils will all be examined. The present work remarkably reduces the uncertainties in design and analysis of drag embedment plate anchors, and is beneficial to improving the application of this new type of drag anchor in offshore engineering.     

超空泡航行体楔形舵片流体动力学特性数值模拟

舵片是保证超空泡航行体运动稳定性和控制航行弹道的重要部分。文章基于均质平衡流模型和SST(Shear Stress Transport)湍流模型,计算了单独舵片的流体动力特性,并与试验数据进行了对比,结果符合较好,验证了计算模型的有效性。基于此方法,计算了单独舵片发生空化后在不同操舵状态下的非定常流体动力变化。结果表明,在攻角相同时,操舵状态下舵片的非定常升力系数和定常结果差别不大,而非定常阻力系数大于定常结果,并且操舵速度越快,阻力系数越大。另外计算了舵片发生空化后的流体动力系数,结果显示在攻角相同时,舵片的阻力系数和升力系数均小于其在全湿状态下的结果;在空化状态下,舵片升力系数的斜率小于全湿状态,并且舵片升力系数的斜率是变化的,存在某临界攻角,攻角大于此临界值时,升力系数的斜率减小,而此临界攻角恰好为舵片的吸力面刚刚出现空化时的攻角;操舵状态下舵片的阻力系数和升力系数的变化规律与定常结果一致,但是数值偏小。     

高速航行体的自然超空泡流阻力特性研究

利用Fluent6.2对水下带圆盘空化器高速航行体的自然超空泡流动进行了数值模拟,计算分析了超空泡高速航行体的阻力特性,研究了空化器直径、航行体长细比对航行体超空泡减阻效果的影响,分析了高速航行体的超空泡减阻率。结果表明,超空泡形态下随着航行体速度衰减,航行体压差阻力系数缓慢减小,粘性阻力系数迅速增大,航行体的总阻力系数增加;航行体阻力系数与头部空化器直径的平方成反比;增加航行体的长细比,可以获得更小的阻力系数;高速航行体的超空泡减阻率可达95%以上。最后将仿真计算结果与水靶道试验进行了对比,二者基本相符。     

Hydrodynamics study of a BCF mode bioinspired robotic-fish underwater vehicle using Lighthill’s slender body model

This paper investigates the hydrodynamic characteristics of the rectilinear motion of a robotic fish underwater vehicle. This 2-joint, 3-link multibody vehicle model is biologically inspired by a body caudal fin carangiform fish propulsion mechanism. Navier–Stokes equations are used to compute the unsteady flow fields generated due to the interaction between the vehicle and the surrounding incompressible and Newtonian fluid (water) environment. The NACA 0014 airfoil aerodynamic profile has been designed to boost the swimming efficiency by reducing drag as the vehicle undergoes an undulatory/oscillatory motion. Using the Lighthill slender body model, a traveling wave mathematical function is defined to undulate the robotic fish posterior (caudal) region while the motion tracking is carried out by dynamic meshing technique. The results obtained show that though the net lift force approaches to zero, the net thrust or negative drag coefficient maintains a finite value dependent on kinematic parameters like tail beat frequency (TBF) and amplitude span (AS) at a given propulsive wavelength and the forward velocity of the vehicle. The results reveal the effects of TBF and AS on the coefficient of drag friction and the thrust force. Drag coefficients obtained from the simulations are compared and validated with the experimental results. The hydrodynamic results are found to be similar to the kinematic study results and suggest that TBF and AS play the most effective roles in the bioinspired propulsion technique. Relation of these parameters with propelling thrust force and forward velocity is also in conjunction over a given range of TBF and AS values.