船体NURBS曲线修改方法研究

通过对NURBS曲线的修改方法的研究,探索适用于船体曲线修改的方法.文章中提出了一种修改船体NURBS曲线的新方法.该方法运用优化方法,通过形变函数来调整原始曲线,使得修改后的曲线能够满足设计船型的要求.为修改船体NURBS曲面的修改奠定基础.     

Calculation of hydrodynamics for semi-submersibles based on NURBS

Accurate hydrodynamic calculations for semi-submersibles are critical to support modern rapid exploration and extraction of ocean resources. In order to speed hydrodynamic calculations, lines modeling structures were separated into structural parts and then fitted to Non-uniform Rational B-spline （NURBS）. In this way, the bow and stern section lines were generated. Modeling of the intersections of the parts was then done with the universal modeling tool MSC.Patran. Mesh was gererated on the model in order to obtain points of intersection on the joints, and then these points were fitted to NURBS. Next, the patch representation method was adopted to generate the meshes of wetted surfaces and interior free surfaces. Velocity potentials on the surfaces were calculated separately, on basis of which the irregular frequency effect was dealt with in the calculation of hydrodynamic coefficients. Finally, the motion response of the semi-submersible was calculated, and in order to improve calculations of vertical motion, a damping term was affixed in the vertical direction. The results show that the above methods can generate fine mesh accurately representing the wetted surface of a semi-submersible and thus improve the accuracy of hydrodynamic calculations.     

复杂形状海洋浮体水动力系数计算

网格划分是水动力计算的关键环节,文中针对复杂形状海洋浮体提出了一种湿表面网格划分方法.对于有复杂首尾结构的浮体,用型线重构的方式在首尾生成曲面构成所需要的截面线,将通用建模工具和NURBS曲线拟合相结合,生成相贯结构的相交线;然后,用分片法生成浮体湿表面及内自由面网格,并独立表达各自的速度势以处理不规则频率现象,进而进行水动力系数计算.计算结果表明,上述处理方式很适合复杂形状海洋浮体水动力系数的计算.     

基于NURBS表达的主船体虚拟分舱及舱容计算

在船体曲面、甲板面NURBS表达和内底内壳多面体表达,有效的平面与曲面求交算法和几何特性计算方法基础上,给出了任意形状舱室的舱容计算方法.根据围闭舱室的几何元素(舱壁、甲板、船体曲面或内底和内壳)不同,将舱室分为12种基本形状,只需要船体曲面的型值信息、舱壁位置或折点信息以及内底和内壳的折点位置信息,即可进行参数化虚拟分舱和舱容计算,避免繁琐的舱室型值信息的人工输入,减少人工工作量,提高工作效率.该方法可以计算任意液面包括任意倾斜液面下的舱容,计算结果精确,方法简洁,为船舶3D参数化设计奠定基础.     

一种改进的三次NURBS曲线生成算法

对三次NURBS曲线的方程表示进行了分析，对其分子，分母多项式进行了递推运算，并在此基础上得出了一种快速生成算法。     

基于NURBS表达的船舶静水力特性精确计算

在船体曲面NURBS表达基础上,对船舶静水力特性参数进行精确而全面的定义,并结合平面与曲面求交算法和基于曲面表达的几何特性计算方法,对各静水力特性参数进行计算.这种方法不仅适合于传统的静水力特性计算,又适合于任意浮态下的静水力特性计算.对实船正浮状态下的静水力特性进行计算,与传统方法的计算结果进行对比和分析,说明了该定义方法的通用性和实用性;对倾斜状态下的静水力特性进行计算,并总结静水力特性参数值随浮态的变化规律,为船舶自由浮态和静稳性精确计算提供基础.     

基于NURBS的船体与桥墩间水动干扰力及力矩的非定常计算

本文在一些假设下完成了船体与桥墩之间水动干扰力及力矩的数值计算工作，所采用的方法是基于非均匀有理B样条(NURBS)的三维Rankine源边界元法，即将船体、桥墩的几何形状以及流场中待求的物理量分布完全表达成NURBS的形式。给出了船体通过圆柱形桥墩时的水动干扰力及力矩的数值计算结果，并进行了一些分析。     

基于NURBS表达的精确自由液面修正

提出了基于三维NURBS表达的精确自由液面修正方法。对船体曲面和甲板进行NURBS表达后,通过对任意倾斜液面下的舱容及容积心的计算以及给定舱室装载量条件下舱室内液体液面的确定,可计算出任意倾斜状态下液体自由流动后产生的倾斜力矩,从而得到精确的静稳性臂修正值。通过对不同舱型的舱室在不同装载量和不同浮态下的倾斜力矩的计算和比较分析,总结规范计算结果和精确解之间存在误差的原因,分析了误差随舱型、装载量和浮态变化的规律。该方法表明了采用精确自由液面倾斜力矩计算的必要性和工程应用价值,并给出在船体设计中如何根据实际情况进行精确自由液面修正的建议。     

近自由面三维水翼的水动力时域分析

基于格林定理,将Bankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法计算了近自由面条件下的三维水翼的势流场.其中在自由面采用线性自由面边界条件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足Kutta条件.影响系数中的奇异积分及非奇异积分都采用一种精确积分的方法计算.文中确定了计算模型和参数,给出了不同航速、展长及浸深下的数值计算结果,并与相关文献结果进行了对比,证实了该方法是一种可靠、有效的时域算法.     

基于高阶面元法的浅水域中船-船水动力相互作用数值预报

文章开发了一种基于非均匀有理B样条（NURBS）的三维高阶面元法对浅水域中两船会遇和追越时的船-船水动力相互作用进行预报。该方法采用NURBS精确表达船体曲面,采用配置点法满足离散的边界积分方程,在边界面上的源强分布确定之后采用B样条表达物面速度势分布。基于低速假设,忽略了自由面的兴波效应,采用无穷镜像法处理刚性自由面和浅水效应,采用时间步进法在时域内求解速度势。将文中计算结果与基于RANS方程求解的CFD方法和细长体理论方法计算结果比较,验证了该方法的有效性。在此基础上,分别在不同水深、船间横向间距和船速下进行了系列的计算,分析了这些因素对船-船水动力相互作用影响。结果表明,在相同的工况下,船-船会遇时相互作用力比追越时更大,对水深变化更敏感,而对横向间距不如追越时敏感。     

近水面椭球体非线性兴波的数值模拟

本文开发了一种去奇异面元法用于计算以定常前进速度运动的近水面椭球体引起的三维非线性自由面势流.采用求解非线性深水波的Stokes理论求解该定常非线性问题;物面用NURBS(非均匀有理B样条)表达;孤立的Rankine源分布在物体内部和自由面上方.给出了波型、波阻以及收敛特性随一些参数的变化规律.波阻计算结果和他人的其它数值结果进行了比较,其吻合程度令人满意.     

基于造型三角形的大型游艇上层建筑造型研究及设计实现

提出造型三角形概念,并基于造型三角形对大型游艇的主尺度和造型参数作统计分析,通过已有游艇的造型设计特点逆向研究,量化研究大型游艇造型美学中的一般数学规律,使用贝塞尔曲线、NURBS曲线对游艇上层建筑中的曲线进行几何表达,并利用CATIA二次开发技术,开发了针对游艇上层建筑设计的平台,该平台可根据要求快速创建游艇上层建筑三维立体模型,提高了在技术设计和施工设计阶段中游艇外观造型的设计效率。     

带通型频率选择表面的分析与设计

采用矢量有限元方法(EB-FEM),利用单个单元和周期性边界条件的独特性质,对无限大频率选择表面进行仿真,借助于有限元软件ANSYS,给出了频率选择表面仿真模型的创建方法,并将计算结果与文献结果进行比较分析,最后对圆环型频率选择表面的设计问题提出圆环单元FSS的新设计模型,并探讨该模型的计算方法。     

水下航行体波浪力理论预报

本文对水下航行体近水面航行状态进行波浪力的计算,计算采用STF理论和Frank源分布紧密拟合方法预报波浪力响应以及用Newman细长体方法和3D修正方法计算水下航行体的二阶平均波浪力与力矩.该方法和计算程序已经过多次模型试验结果比较和验证.采用该方法就某水下航行体计算了二种水深、七种相对浪向下近水面波浪力响应,并给出了波浪力参数随水深变化与浪向变化的计算结果.     

基于CADDS5的船体外板加工样板软件开发

CADDS5软件目前在国内众多船舶设计建造单位广泛使用，由于国内实际情况的差异，还需对该软件进行本地化开发。船体外板加工样板在船舶建造过程中具有重要作用。本文使用CADDS5的CV－DORS开发工具，根据船体外板加工样板的需求，建立了相应的数学模型及处理流程，完成了该平台上船体外板加工样板软件的开发。     

一种基于体积力螺旋桨模型的自航计算方法

文章以集装箱船模型KCS(KRISO Container Ship)为研究对象,基于通用CFD软件FLUENT 12.0.16,采用螺旋桨体积力模型,实现了模型尺度下实船自航点的全粘带自由面计算。该文的计算包括静水拖航计算、自航计算,以及扭矩对自航计算结果的影响分析。通过与试验值的分析比较,验证了该方法的有效性。由于采用了完全结构化的六面体网格,带对称面的计算域单元数仅为33万。研究结果还表明:考虑扭矩的全流场计算对于改善流动细节,获得更精确的计算结果是有利的,但计算量有所增加。     

基于NURBS的船舶型线设计程序EHULL

以非均匀有理B样条NURBS为基础，通过交互式手段实现船舶型线的三维动态设计和实体造型，程序具有升阶、分割、节点插入、节点去除等功能，可以计算曲面的高斯曲率、获得各种剖面的形状和线型图、肋骨型线图；可生成各种二次曲面、计算船舶静水力。     

改进的BP神经网络在船舶与海洋工程中的应用研究

人工神经网络作为一个具有高度非线性映射能力的计算模型,在工程中具有广泛的应用前景.在数值预测方面,它不需要预选确定样本的数学模型,仅通过学习样本数据即可以进行预测.文章介绍了BP神经网络,并针对实际应用中收敛速度慢,平台效应等问题对网络进行了改进并优化,详尽地给出了改进的三层BP神经网络数值预测算法.为测试该算法.选用了著名的XOR(异或)问题和和一个高度非线性的0-1矩阵预测问题对其进行了验证.计算结果表明文中算法能给出令人满意的精度.最后结合船舶与海洋工程的两个实际问题,探讨了利用改进的BP神经网络进行数值预测的方法和应该注意的问题,并给出了一些有益的建议.实践表明,文中给出的改进的BP神经网络数值预测算法值得在船舶与海洋工程中加以应用并推广.     

Ship hull plate processing surface fairing with constraints based on B-spline

The problem of ship hull plate processing surface fairing with constraints based on B-spline is solved in this paper. The algorithm for B-spline curve fairing with constraints is one of the most common methods in plane curve fairing. The algorithm can be applied to global and local curve fairing. It can constrain the perturbation range of the control points and the shape variation of the curve, and get a better fairing result in plane curves. In this paper, a new fairing algorithm with constraints for curves and surfaces in space is presented. Then this method is applied to the experiments of ship hull plate processing surface. Finally numerical results are obtained to show the efficiency of this method.     

面向计算的船体曲面NURBS造型

该文介绍了NURBS曲面的数学模型，提出用NURBS方法构造船体曲面的主要步骤，讨论了边界条件对曲线曲面形状的影响，给出一船体曲面，结果表明该方法的可行性，为基于曲面的船体几何特性计算奠定了基础。