基于FRIENDSHIP的球艏参数化实现方法

在分析球艏形状特征参数、特征曲线和曲面生成的基础上,介绍以Feature、Curve engine和Metasurface为特征机制的球艏参数化方法和实现过程。生成的曲面模型光顺、精度高,可满足工程的需要。     

基于Grasshopper的参数化球鼻艏生成方法

针对在球鼻艏减阻优化设计循环中手动建模方法无法满足需要的问题,提出了利用软件Grasshopper开发一种新的参数化球鼻艏生成可自动变形的球鼻艏的方法。该方法首先定义了球鼻和主船体之间的过渡区域,通过过渡区域的自由变形,实现了球鼻与主船体的光顺连接。然后实现生成的球鼻艏可以根据输入参数的变化自动修改形状。最后将该方法应用在一艘集装箱船体上。结果表明:该方法可以高效地应用于商业船舶的参数化球鼻艏建模。     

船型参数化建模

本文尝试地建立了船型参数化建模方法,即通过特征参数确定纵向特征曲线,应用优化方法生成站线,进而生成船体曲面.某船的改型实例表明了该建模方法的可行性.     

基于三维CAD模型的复杂艏、艉船型曲面快速光顺方法及实现

利用船舶型值和复杂艏、艉特征参数等数据,结合三维CAD设计软件进行初步建模,提出一种基于三维CAD软件模型的复杂艏、艉船型曲面快速光顺方法,实现复杂艏、艉船型曲面的快速三向光顺。利用生成的光顺仿真模型和曲面求交算法,获得艏、艉部位任意型值点数据。该方法将拼接和光顺处理分为三个阶段来实现,即曲面重建、G1光顺拼接、曲面微调3个阶段。相较于三维CAD软件中基于单个控制点调整的曲面拼接光顺方法,该方法能够大幅提高曲面拼接与光顺的处理效率,同时曲面的内在连续性和型值点数据精度也得到了保证。     

基于曲面插值算法的KCS船球鼻艏形状优化

本文应用一种基于控制点阵的曲面形状控制算法改变球鼻艏的几何变形,通过增加点阵的数量,以改善球鼻艏与船体过渡的几何光顺性,运用多岛遗传算法数值设计兴波阻力最小的球鼻艏形状.针对KCS船舶,对3个不同点阵数量开展了球鼻艏形状优化设计,结果表明,增加点阵数量能有效地提高球鼻艏与船体过渡的几何光顺性,同时也保证了减阻效果,最优...     

一种螺旋桨参数化建模方法

对螺旋桨进行优化时,需要建立起优化计算的样本空间,即要实现初始桨的参数化建模。本文基于贝塞尔曲线拟合原理编程实现了螺旋桨的参数化建模,对螺旋桨的径向参数分布分别用一条贝塞尔曲线进行拟合,曲线的控制点通过遗传算法寻优求得。文中以4382桨为例,对其进行参数化建模,讨论了三、四、五、六阶贝塞尔曲线的拟合效果,发现三阶贝塞尔曲线拟合光顺性最好、拟合平均误差可以控制在0.3%以内,而且控制点个数较少,最适合拟合螺旋桨径向参数分布。最后通过调整三次贝塞尔曲线控制点的位置调整了原桨叶的几何形状,得到光顺性较好的新桨叶模型,表明该参数化建模方法合理。     

基于NURBS的球艏构型参数优化与分析

[目的]设计优良的球艏构型能够改变船舶在水中航行时的船艏兴波,对阻力产生影响来改善整个船体的阻力性能,为此需对球艏构型参数进行优化。[方法]基于球艏参数化表达和NURBS理论,对母型球艏构型进行数据点网格生成和定义点反算,根据参数优化需要,利用优化算法对定义点进行优化调整后,给出优化船型球艏,并利用CFD软件进行仿真计算,与母型构型进行阻力和波形对比,将以球艏重心为代表的球艏参数阻力特征直接体现到构型优化结果中。[结果]结果表明,借助于NURBS曲线可有效将球艏参数优化特征体现出来,方法形象直观,可显著提高球艏构型表示和优化的效率。[结论]该方法简化了整个优化过程,并取得预期的减阻效果。     

基于均匀有理B样条的小水线面双体无人艇参数化建模方法

本文针对小水线面双体无人艇总体设计过程中总布置及水动力外形优化设计对潜体和支柱参数化建模的需求,提出一种由型值点与特征多边形顶点同时控制的均匀有理B样条曲线表达方法,并以该方法生成的曲线作为无人艇的潜体和支柱的型线完成无人艇参数化建模,基于CFD的方法对模型开展了阻力特性的数值计算。B样条曲线能够满足模型的光顺性要求;曲线中的型值点能够精确控制模型的局部尺寸,便于总布置设计过程中对局部外形尺寸的调整;特征多边形顶点能够保证潜体和支柱端部曲面的斜率和曲率得到直观的自由调节,并直接影响各部位水动力的分布,便于参数化模型针对水动力性能的优化设计。     

渔船球鼻艏参数优化研究

优化球鼻艏形状可以改善船舶阻力性能.本文以阻力最小为目标,提出了一种渔船球艏优化方法.首先对渔船球鼻艏进行参数化建模,以球鼻艏的设计参数作为设计变量,利用敏感性分析方法结合CFD技术对设计变量进行灵敏度分析,甄别出对阻力性能变化最为敏感的若干设计变量;然后,使用穷举搜索法对样本空间进行采样,并通过CFD技术进行阻力预报;最后建立阻力系数与设计变量之间的替代模型,利用遗传算法优化渔船性能,获得阻力最优对应的球艏形状.研究表明,在设计工况,采用该方法优化后的船型较初始船型总阻力降低2.68％.     

参数化的船型设计方法

根据特征参数和特征线,生成光顺的船体线型是造船工作者梦寐以求的目标。基于光顺曲线的参数化设计,提出了参数化的船型设计方法。该方法可根据特征参数和特征线快速开发出具有优秀航行性能的、光顺的船舶型线。设计实例表明了该设计方法的可行性。     

基于能量优化法的船型快速设计

为使船型设计不再局限于母型的束缚,能够根据设计参数快速生成光顺的船体曲面,基于对船体曲线特征的分析,给出了具体的船型设计参数,提出了利用能量优化方法,以船体曲线的曲率平方和最小为优化目标,求解基于NURBS表达的、光顺的船体型线的设计方法。该方法可以在插值点、导矢、曲率、面积及形心等相关约束下调整船体曲线的基本形状特征,保证船体曲面的光顺性,实现船体曲面的NURBS表达。通过对某一条船的设计,证明了该设计方法的可行性和实用性。     

基于响应面的渔船球鼻艏参数分析及多航速自动优化

远洋金枪鱼围网渔船是一种中、高速的作业型船舶,加装球鼻艏并进行优化可以有效降低其兴波阻力。通过一种改造型值的球鼻艏变换方法,由球鼻艏的长度、宽度、高度及尖点高度参数直接生成用于CFD计算的船体型值,可以快速探讨球鼻艏对兴波阻力的影响。兴波阻力的计算采用Rankine源势流理论,运用试验设计方法生成球鼻艏参数对兴波阻力影响的响应面模型。该模型表明,各参数的影响是复杂且耦合的,难以呈现单调的规律性,且在不同航速下其影响规律也有差异。优化球鼻艏的过程选用结合响应面的快速优化方法,通过优化,发现传统的对单一设计航速的优化可能会出现在较低的服务航速下阻力增加的情形,而采用多个航速的阻力优化方法则在设计航速与服务航速下同时具有减阻节能效果。     

撞角球鼻艏形式和参数变化对阻力影响的研究

通过数值计算及模型试验确定了撞角球鼻艏形式和参数对阻力的影响。针对3个形式各异的球鼻艏方案,开展了CFD计算和模型试验,结果显示:当傅汝德数为0.28时,撞角球鼻艏的剩余阻力系数比无球鼻艏的剩余阻力系数约小20%。以8个主要参数各异的撞角球鼻艏方案为对象,采用CFD技术分析了撞角球鼻艏的参数变化对兴波阻力的影响,并确定了撞角球鼻艏的宽度比和纵向长度比对兴波阻力系数的影响。     

基于船型修改融合方法的参数化建模技术

在船型NURBS表达的基础上,提出两种基于CAD/CFD船型优化流程的不同参数化建模方法:一种是直接以NURBS的控制顶点坐标为变量,实现船型的参数变换;另一种是以母型为基础开发船型参数化融合模块,实现船型的参数变换.利用ISIGHT软件,采用这两种参数化建模方法优化某集装箱船球鼻艏部分.结果表明:船型修改融合方法是具有工程实用价值的参数化建模方法.     

参数化方法的中型豪华游船特殊球艏线型优化

以一艘中型豪华游船为例,在分析豪华游船船型特点的基础上,对其球鼻艏线型进行了优化.优化过程中采用参数方法生成了一系列球鼻艏线型,通过CFD方法对其兴波阻力和总阻力进行评估分析,并通过灵敏度分析得到对阻力影响最为显著的参数,获得了阻力性能较好的球鼻艏线型方案.最后通过模型试验对优化线型进行了模型试验验证,试验结果表明文中优化的线型具有良好阻力性能,为进一步开展豪华游船线型设计提供良好的技术参考.     

基于艏艉全参数建模及自航计算的线型优化

以一艘散货船为例,介绍基于艏艉全参数建模和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)自航计算的线型优化方法。对艏艉进行参数化建模与变换,通过CFD进行船体阻力计算和自航计算,最终优化得到满足总体性能和轮机布置要求且螺旋桨收到功率最小的船体参数化模型。     

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。     

一个基于NURBS的船型设计系统

介绍了一个以AutoCAD、AutoSurf为软件平台、基于NURBS方法的船型设计系统。该系统采用曲面模型，用NURBS曲线／曲面实现船型曲面的定义。系统包括船型数据输入、船型曲线／曲面的生成与编辑、光顺性检查、静力学性能计算以及生成光照效果图等。     

特种材料球鼻艏抗冲击特性数值研究

为探讨球鼻艏结构的抗冲击性能,采用数值手段对典型球鼻艏结构进行一体化建模,基于Abaqus的声固耦合法模拟水下非接触爆炸载荷与球鼻艏结构的相互作用,提取设计工况下的球鼻艏典型部位的冲击响应结果。结果表明：钛合金材料极大提高了球鼻艏结构的局部抗冲击性能,但在遭受水下非接触爆炸载荷时,仍出现了明显的塑性变形;球鼻艏底部钢结构由于采用纵横肘板进行支持,具有优异的安全性;随着冲击因子的增加,球鼻艏结构的应力近似呈线性增长,而塑性应变曲线随着冲击因子的增加呈指数曲线增加。     

改进船舶球鼻艏BB分段放样及装配工艺

本文以某型船球鼻艏BB分段首次实现数控放样为例，就运用KCS建模，推进船体造船系统辅助设计放样完成球鼻首线型三相光顺，改变传统手工放样模式作了初步阐述。