满足生产需要的船体理论线优化设计

在生产设计开始前,船体理论线必须首先明确在在设计图中。本文在充分考虑构件安装的工艺性、方便性和合理性,并且满足船厂建造及施工习惯的前提下,通过在生产设计过程中优化某些船体构件的理论线设置,实现既能能满足生产的需要,又能节约建造成本的目标,对其他相似相近施工工艺的优化改进,起到一相应的参考作用。     

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。     

基于CATIA的船舶型线设计与仿真

舰船的质量和使用寿命很大程度上取决于船舶的结构与型线设计水平,因此,研究船舶的型线设计与结构优化有重要的意义。CATIA工程软件是法国达索公司开发的一种大型三维设计软件,具有优越的曲面建模、装配仿真、零部件设计等功能,在工业制造和生产领域有非常广泛的应用。本文采用CATIA工程软件精确构建了船舶的三维模型,结合兴波阻力理论和数值计算方法,对船舶的型线优化问题进行了系统的研究。     

深V船型大型化应用分析

将深V船型应用于大型化高速船的实船设计中,采用非线性型线变换生成多样化的型线方案,运用势流CFD方法对各型线方案进行兴波阻力船型优化。通过相同主尺度及设计排水量条件下的船模阻力对比试验,验证了优化后的深V船型可以在保持高傅汝德数Fr阻力性能优势的同时,在低傅汝德数Fr时拥有与圆舭船型相当的阻力性能。运用切片理论对深V船型进行耐波性理论预报,并对预报结果进行耐波性试验验证。试验结果表明,切片理论适用于瘦长型深V船型的耐波性预报。     

水面舰船型线生成及几何重构方法研究综述

对水面舰船型线生成及几何重构方法的国内外研究现状进行综述。指出传统船型设计方法在新需求和技术面前表现出的严重不足,同时分析对比各种新方法的优劣,最后提出船体型线生成及几何重构的研究将会与以性能驱动设计为目标的基于设计的仿真技术以及多学科设计优化等新的理论方法相结合的趋势。     

基于抗冰性能的极地船舶首部优化设计研究

船舶的参数化建模理论在船舶性能优化中起主要作用.为使破冰船的抗冰性能达到最优,本文对海冰的特性进行研究,选取合适的海冰物性参数,参数化构建破冰船首部形式,基于结构规范完成目标函数评估,通过智能优化算法建立优化模型.利用参数化建模方法,可以在保证首部光顺的前提下进行自由变形,提高破冰船的抗冰性能,最终得到极地船舶首部的最优设计方案.本文将船舶抗冰性能评估与最优化理论有效地耦合到船舶型线优化设计之中,建立以性能驱动设计的船型逆向设计新模式,为极地船舶型线优化设计研究提供了一定的理论指导与参考价值.     

光顺数学模型与振动数理论在船体型线优化设计中的应用

船体型线设计是船舶设计领域中的难点,船体型线设计是否合理直接关系到船舶航行阻力、航速以及航行的稳定性。在传统的船体型线设计中,设计时间较长,设计过程过于复杂化,降低了设计效率。而采用光顺数学模型和振动数理论可显著提升设计效率和设计质量。本文从阐述光顺数学模型和振动数理论入手,分析了船体型线优化设计流程,并提出光顺数学模型与振动数理论在船体型线优化设计中的具体应用。     

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。     

近海风电设备安装船型线设计和优化研究

采用计算流体力学(CFD)方法对某近海风电设备安装船进行型线设计和优化,在满足排水量和布置要求的条件下,比较分析多个型线设计方案,通过参数化建模,生成一系列船舶型线,以兴波阻力最小为目标,选取船体艏部3个特征参数应用遗传算法等优化手段实现船舶型线的优化,应用RANS粘性流方法进行船型阻力预报,结果显示该方法能够有效地应用于船舶型线设计和优化.     

基于计算机辅助技术的船舶型线设计

船舶型线设计是船舶设计的重要环节,它决定了船舶的外形、性能和航行特性。传统的船舶型线设计存在设计周期长、效率低、精度不高等问题。近年来,随着计算机辅助技术的发展,船舶型线设计逐渐引入了计算机辅助设计（CAD）,利用CAD软件进行船舶型线的参数化设计和三维建模,能够显著提升船舶设计和优化的效率。通过数值模拟和优化算法,设计师可以对船舶的流体力学特性进行分析和优化,以提高船舶的性能和航行特性。本文介绍NURBS曲线拟合的基本原理,并以船舶的阻力特性为设计约束条件,研究计算机辅助的船舶型线设计,具有实际应用价值。     

CATIA modeling method of ship hull with hull line as data input北大核心CSCD

[Objective]To simplify the ship modeling process and improve modeling efficiency, this paper proposes a method for rapidly implementing hull model creation based on hull line drawing.[Methods]Using the CATIA platform, this method adopts the component application architecture (CAA) development tool for secondary development. First, by reading the geometry elements and label information of the hull lines in a drawing, the transformation of the offset points from 2D to 3D is realized. On this basis, the creation of the hull lines, stern and bow is completed, and a 3D wireframe model obtained. Finally, the hull 3D modeling is completed in conjunction with the CATIA native surface creation command. The stability and reliability verification of the developed type value extraction and bow generation program is then carried out via application analysis.[Results]The results show that the compiled program can realize the automatic creation of offset points, transverse lines, waterlines, profile lines and other boundary lines except the top line of the wall, and the centerline and tangent lines created by the bow generator are easily modified and simple for users to operate. [Conclusions]The verification results show that the method of a creating hull model using "Generative Shape Design" and "Drafting" with the hull line drawing as the data input is stable, reliable and able to realize rapid hull modeling, giving it certain practical value. © The Author(s) 2022.     

基于参数化建模的优化设计方法

传统的线型设计方法较多地依赖母型船性能和设计者长期积累的经验。现阶段,一种新型的结合CAD参数化建模技术和CFD数值计算技术的设计方法突破了传统方法的些许限制。以一型5000TEU集装箱船为例详细阐述了该方法的首次运用。该船线型的成功研发表明基于参数化建模的设计方法有助于提升船体线型的研发能力和设计效率,同时也降低了研发人员对母型船和设计经验的依赖程度。     

基于EFSPD的船首建模研究

在船舶计算机建模中,船舶首尾建模由于曲面及线型变化复杂,会出现难点。通过利用东欣船舶产品设计软件EFSPD对10500dwt油船的船首建模的探讨研究,得出了船首及艏柱板的建模过程及方法。该设计建模的技术结果对船体复杂结构的三维结构建模有参考意义。     

动力定位系统舵桨组合推力分配研究

针对船舶动力定位系统推力分配中舵桨组合的推力建模及优化分配问题,将舵桨组合的非凸推力区域转化成4个凸区域,采用切换控制理论把非线性最优化问题转换为线性最优化问题。将舵、桨组合起来进行推力建模,以最小推力、舵角变化和推力误差为优化目标,对推进器的推力变化率、舵角变化率、推力误差范围和推力大小作了约束,采用多边形的方法把推力范围约束转化为线性不等式约束,基于总功率与总推力误差在不同推力区域设计了切换逻辑,实现了在不同的推力分配器中的切换。实船试验结果表明舵桨组合推力模型及推力分配策略是切实可行的,满足了推力分配的要求,在配备舵的动力定位船上具有良好的应用前景。     

舰艇直航时电罗经航向自抗扰控制方法研究

为减小舰船直航向运动情况下风、流、摇摆等对电罗经航向造成的随机误差影响,提高舰船直航向运动时电罗经指向精度,采用高阶AR模型对其随机误差进行建模,确定模型阶数,获得了较为准确的误差模型.同时,基于建立的模型,对电罗经航向随机误差进行预测,利用前期预测值结合自抗扰控制技术对随机扰动进行抑制.通过与H∞ Kalman滤波器进行对比表明,采用自抗扰控制技术与高阶AR模型结合的方法较为有效地抑制了电罗经航向随机误差过程,为减小电罗经直航向误差提供一种行之有效的方法.     

燃机进口导叶电液加载系统建模与优化仿真

现有电液加载系统研究具有控制对象模型不够准确直观,加载精度不高的缺点。针对控制对象具有复杂非线性以及加载机构运动严重影响加载精度的问题,提出了利用基于物理网络概念Simscape工具进行准确直观的非线性建模,设计了惯性力矩补偿+基于力加载误差和受力界面速度信号的模糊补偿环节用于补偿加载机构运动造成的扰动以提高力加载精度。对燃机进口导叶气动力矩电液模拟加载系统的建模过程体现了利用Simscape工具带来的直观可靠的优势,仿真实验表明新控制策略能显著提高加载精度。     

舰用高精度激光陀螺惯导内杆臂误差分析及补偿方法研究

对于高精度激光陀螺旋转惯导系统,大部分惯性器件误差都能够通过惯性测量单元（ IMU）旋转而调制掉,内杆臂误差不仅不能够被调制掉,反而因为 IMU旋转将误差引入到系统对准和导航过程中。基于此,本文对内杆臂误差进行分析与建模,推导内杆臂误差与导航速度误差之间的数学表达式,通过分析确定内杆臂长度和振动频率是影响内杆臂误差的2个因素,并提出基于内杆臂长度的误差补偿方法。最后,通过试验对内杆臂误差模型和补偿方法进行了验证。     

基于改进型RBF神经网络的磁流变阻尼器动力学建模及仿真

为提高磁流变阻尼器(MRD)动力学精度,提出一种网络连接权值自适应调整的改进型RBF神经网络模型。利用与任一测试样本相邻的两个训练样本对应的实际连接权值,对测试样本连接权值进行线性插值,提出连接权值的自适应算法;搭建MRD动力试验平台,进行多频率、多振幅的动力性能试验,利用大量实测力学特性数据,建立RBF神经网络模型以及连接权值自适应调整的改进型RBF神经网络模型,分析比较RBF神经网络模型在改进前后的平均累计相对误差变化规律,并进行数值仿真计算和试验测试分析。研究表明,在正弦激励频率0.25 Hz～1.0 Hz、振幅5 mm～15 mm、电流0～1.25 A工况下,相比于传统RBF神经网络模型5%的最大误差均值,改进型RBF神经网络模型使建模误差均值多控制在0.45%～0.85%之间,有效改善MRD的动力学特性,建模精度较好满足工程实际需要。     

灰色GM（1，l）和Verhulst模型在吹填土地基沉降中的应用

在利用灰色GM（1,l）和Verhulst模型预测真空预压加固吹填土地基的最终沉降量时,建模序列直接影响预测结果的精度。结合某吹填土地基加固工程的沉降监测数据,探讨监测序列长度、建模序列长度对上述2种模型最终沉降量预测值及预测精度的影响,总结出不同模型预测地基最终沉降量时建模序列的选取规律。研究结果表明,上述2种模型预测地基最终沉降量的误差均小于1.0%,灰色GM（1,l）模型的适应性更好。     

基于自适应四参数估计的电罗经航向运动建模

为减小舰船直航时风、流、摇摆等干扰对电罗经航向的影响,提高电罗经指向精度,采用小波变换对电罗经直航向数据进行消噪处理,获得较为平稳的信号;对消噪后的信号经能量频点分析并傅里叶展开;基于改进的四参数估计法,对直航向信号建立自适应迭代预测模型,并与实测数据进行验证对比。结果表明,采用小波分析、傅里叶级数同四参数估计相结合的自适应建模方法适用于电罗经直航向建模,航向预测效果优于传统四参数估计法。