基于NFFD算法的船体几何变形技术

以非均匀有理B样条(NURBS)基函数作为参数体属性,结合非均匀控制点框架,建立适用于船体几何的NFFD变形技术。阐述NFFD算法的基本原理和变形规则,并以矩阵表示方法为基础构建数学模型。研究控制点数量和分布对变形结果的影响,增加控制点变形几何的能力并获得更大的设计空间。最后,以某CNG运输船为例完成球鼻首、船首和船尾部分几何的自动变形。研究结果为船型优化提供了良好的变形工具。     

可启闭船艏的结构设计研究

可启闭船艏结构是一种新型的特殊水密门结构。详细介绍了船艏结构的设计特点及考虑的影响因素,通过模型试验方法确定了设计外载荷,并对船艏结构有限元模型在开启状态下的应力和变形进行了计算。根据计算结果对船艏结构进行了适当加强。经实船试验验证,可启闭船艏结构能够满足高速艇的使用要求。     

不同船艏类型破冰模式差异的数值预报分析

船艏形状是决定破冰船破冰性能的关键要素之一.为了探究不同船艏型线特征对破冰船破冰性能的影响,本文采用常规型近场动力学方法建立了平整冰层的无网格数值模型,提出了一种基于几何数学概念用于解决冰粒子与船体碰撞问题的接触检测算法,最后应用消息传递接口(MPI)并行技术搭建了破冰船破冰过程的数值预报方法,并在FORTRAN语言环境下编写了相关计算程序.基于该仿真程序,分别预报了传统型破冰船艏形状和非传统型破冰船艏形状连续冲破平整冰层的过程,并对传统型破冰船艏的计算结果与试验结果进行了比较,验证了本文所搭建的模型的准确性.对比了两种不同船艏破冰船的破冰模式和破冰载荷特征,分析了两种破冰船艏形状各自的优缺点.本文进行的研究对于破冰船的设计具有一定的工程参考价值.     

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。     

油轮艏部结构碰撞特性研究

在船舶碰撞中,船艏是主要作用方.船艏结构的碰撞特性是影响船-船碰撞过程中被撞船舷侧结构损伤程度的决定因素.为减少碰撞事故损失,应从碰撞的观点对船艏结构的特性进行研究,提出一种研究船艏的碰撞特性的方法及表征船艏碰撞特性的特征量,据以改进船艏设计.根据船艏结构本身的碰撞破损过程,对船艏结构碰撞力与破损深度的关系、艏部构件在碰撞过程中的损伤形态和能量耗散进行了研究,指出碰撞力曲线是船艏结构的一种固有特性.提出了碰撞力面积密度曲线的概念,它可以用于定量表达船艏结构对其它结构的破坏能力.利用有限元数值模拟方法计算了一艘4万吨船艏的碰撞损坏实例,显示了上述碰撞特征并讨论了提高碰撞数值模拟计算精度的方法.     

基于高斯近似和NSGA-Ⅱ的伴流螺旋桨优化北大核心CSCD

[目的]为改进船舶推进性能,提高船舶效能,克服螺旋桨参数众多、建模繁琐、水动力数值计算收敛速度慢、伴流场的湍流效应等问题,提出一套螺旋桨高效优化方法。[方法]首先,将基于非均匀有理B样条的自由曲面变形(NFFD)技术构建的参数化螺旋桨作为输出,利用CFD数值仿真对螺旋桨性能特征进行预报。然后,基于仿真数据建立螺旋桨性能高斯近似预测模型,建立以提高效率、降低扭矩系数为目标的优化模型,利用二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)得到最优解。[结果]结果显示,在均匀流场和船后伴流场下,螺旋桨的优化结果有着相似规律,即桨叶宽度和厚度均呈减小的趋势,倾斜角呈增大趋势,但由于在船后伴流场下流速会降低,因而桨叶宽度和厚度的减小以及倾斜角的增加幅度相对于均匀流场下的小。[结论]采用所构建的方法可以实现均匀流场和船后伴流场下螺旋桨的高效优化设计。     

基于DYTRAN的船艏砰击响应仿真分析

船舶在波浪中航行时,由于船体和波浪之间的剧烈相对运动,会出现砰击现象。与波浪发生直接冲撞的船艏是砰击现象发生最严重的区域,会引起局部结构屈曲变形。本文基于有限元软件MSC.PATRAN、MSC.DYTRAN软件,对船艏不同位置的三维船艏入水的过程进行数值模拟分析,研究了船艏结构入水砰击过程中结构响应问题。     

潜水支持船减压舱和船艏舷侧加强结构设计

对某潜水支持船减压舱的基座及下端结构强度进行校核,以及对船艏侧结构进行设计。首先,选取某潜水支持船饱和潜水系统中的减压舱,通过三维有限元模型分析的方法对其基座及下端加强结构的强度进行分析和变形计算。其次,基于不同船级社对船艏舷侧结构的要求不同,以挪威船级社(DNV)的要求为例,用规范计算的方式阐述了不同的要求对应的不同的构件取值。计算结果显示:中拱状态和中垂状态下单个减压舱基座上表面与减压舱底座连接区域之间临近点的相对位移最大值满足规范要求;按DNV规范计算的舷侧构件规格要大于按美国船级社(ABS)和中国船级社(CCS)规范计算的构件的规格。     

基于CFD的散货船船体型线自动优化

针对船体型线自动优化的问题,在基于仿真的设计(SBD)思想下,提出了基于计算流体动力学(CFD)的船型自动优化方法。该方法主要由船体曲面自动变形模块、水动力计算模块及优化模块组成。其中船体曲面自动变形模块主要由径向基插值技术实现,水动力计算模块则集成CFD-SHIPFLOW软件实现,优化模块则采用PSO算法实现。现以隐形球鼻艏散货船的兴波阻力最小为优化目标,利用本团队开发的船型优化平台实现了其船艏型线的自动优化。优化结果表明:对于隐形球鼻艏散货船,在满足工程约束的条件下,基于CFD的船体曲面自动优化方法可以获得阻力降低的新船型。     

3000吨级自航自卸煤船艏楼变形的处理

本文介绍了在3000吨级自航自卸煤船的建造中，针对艏楼舷侧局部变形较大，且船舶已下水的实际情况，采用了艏楼舷侧分片割换的处理方法，较好地解决了变形问题。     

考虑船体变形的轴系动态校中算法

船体变形是影响轴系校中质量的关键动态因素，其对船舶的安全运营起着至关重要的作用。对此，本文在船舶轴系合理校中计算的基础上，提出了一种考虑船体变形的轴系动态校中算法。通过研究船体变形对轴承相对位移的影响变化，结合轴系结构特点和船级社的相关统计规律，得到了在船体变形下轴承相对位移的数学表达式；将主机轴承脱空作为临界点，计算出轴系所能承受的最大船体变形，并以此确定了轴承位移的安全余量。以176000DWT散货船为例，实现了考虑船体变形的轴系动态校中，并验证了算法的准确性。     

大型船舶推进轴系与船体变形耦合响应分析

船舶大型化使得船体变形对推进轴系的影响越来越突出。在研究大型集装箱船的基础上,采用有限元法探讨了大型集装箱船全船结构有限元模型和推进轴系的建模方法,波浪载荷计算方法以及轴系振动响应分析技术。以一艘8530TEU集装箱船为研究对象,实现了全船有限元分析全过程,对不同工况下推进轴系轴承支撑点处的船体变形进行了计算分析与讨论。采用ANSYS软件建立轴系有限元模型,施加不同的船体变形激励对轴系振动响应进行了分析。研究结果对轴系减振及避振措施具有一定的参考意义。     

计入船体变形激励的大型船舶推进轴系振动性能研究

大型船舶的船体变形与其推进系统之间的耦合影响成为船舶领域的研究热点,开展船体变形激励下的推进轴系振动性能的研究对保证船舶可靠运行十分必要。文章以船舶轴系动力学方程为研究基础,建立其计入船体变形激励的大型船舶推进轴系的动力学模型并通过解析解与数值解的对比验证了方法的可靠性。依据此模型,以某大型集装箱船舶为研究对象,分别探索了船体变形激励不确定方向下以及变尺寸参数下轴系振动的影响规律,为大型船舶船体变形激励下的轴系振动问题提供了理论基础。     

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.     

船舶建造中船体变形的预防及矫正

分析了船舶建造过程中的船体变形产生的原因，提出了有效预防和矫正船体变形的方法。     

特征驱动的T样条船体曲面参数化设计方法研究

为提高船体曲面生成和修改的便捷性、灵活性,提高船型优化设计效率,并且克服NURBS曲面表征船体曲面的一些不足,提出一种基于T样条技术的船体曲面参数化设计方法.将船体曲面特征参数分为全局、船首、船中和船尾4组,依据这些参数建立T样条控制网格,用单一的T样条曲面即可完成船体曲面和局部特征造型,大大减少了控制点数量.通过特征参数直接驱动船体曲面调整,使船型修改变得直观和简便,且更具有针对性.以典型水面舰船船体曲面表征为例,说明所提方法在船体曲面造型及修改方面的能力和优势,该方法可大大提高船型优化设计效率,具有较大的理论意义和实用价值.     

船体大变形对轴系校中的影响

在对轴系校中的影响因素研究中,国内外研究者大多将精力集中在轴承热位移、油膜刚度变化等方面,随着船舶的大型化,船体大变形已经成了影响轴系校中的主要因素之一。文章依据有限元方法的基本原理推导了适合轴系校中的计算公式,并利用Visual Basic编写了对应的计算软件,结合船体变形数据,分析了船体变形对轴系校中的影响程度,为船舶轴系校中计算及检验提供了参考。     

基于RBF的船体曲面变形方法及在船体型线优化中的应用

介绍了径向基函数插值（RBF）的基本原理及其在船体曲面变形中的应用。将基于径向基函数插值的船体曲面修改方法与CFD软件及优化算法结合,成功开发了船体型线优化平台。运用该平台对美国海军水面舰艇DTMB5415进行了艏部型线的优化设计,获得了给定约束条件下阻力性能最优的船体外形。结果表明,基于径向基函数插值的船体曲面变形方法是有效可行的,建立的船型优化平台具有一定的工程应用价值。     

基于参数化船型的阻力优化研究

船型几何模型的参数化表达,是船型多学科设计优化的基础。其作用是为各学科分析和优化提供一个统一的几何模型,并根据各学科分析结果自动修改调整船体型线。文中尝试使用Friendship进行船体完全参数化建模,并使用该软件中的feature编程功能编程实现shipflow型值数据的提取;通过改变一系列重要的船型参数实现变换船型几何模型,以获得满足性能需求的船型。最后利用该软件的优化框架,采用切线搜索法 (Tangent Search, TSearch) 完成1300TEU集装箱船的兴波阻力优化,优化球首和前体船体曲面。结果表明,该参数化方法在改进船型水动力性能方面有很好的效果。     

船体结构T型接头焊接变形数值模拟研究

船体结构的焊接变形控制,在很大程度上决定船舶的建造质量和生产效率,影响着我国造船精度管理和控制技术的推广和应用;T型接头是船体板架结构中最典型、同时也是数量最多的接头形式,通过对不同焊接速度、不同焊脚长度影响因素下,焊接热输入量的有限元分析,对焊接所产生的固有应力、应变进行模拟计算,从而得出了相应的纵向、横向焊接变形,为T型接头焊接变形的有效控制提供了准确的数据,研究成果为我国现代造船模式的建立、造船精度控制产生积极作用。