基于CUDA的散货船稳性并行计算

为提高散货船配载仪中船舶稳性计算速度,通过使用CUDA(Compute Unified Device Architecture)对稳性计算过程进行并行加速.首先基于CGAL(Computational Geometry Algorithms Library)中的切片模块按肋位纵向切割船体型表面,得到每个肋位处横剖面型值数据;然后对横剖面型值数据进行等距偏移模拟板厚,得到各肋位处的外板数据;然后将外板数据发往GPU;在GPU中通过水线面和外板数据求解并行计算雅克比矩阵系数;最后将雅可比矩阵系数传回CPU,求解稳性方程组.     

船舶操纵模拟器中的系缆张力模型

建立了可适用于六个自由度船舶操纵运动数学模型的系缆张力计算模型。缆绳的伸长满足虎克定律，利用悬链线方程和虎克定律推导出的缆绳无应力长度的计算公式，根据计算出的缆绳无应力长度和缆绳的实际长度的对应关系，用试算法计算系缆张力；否则，忽略缆绳的自重，通过由缆绳的伸长率曲线图拟合的多项式来计算系缆张力，并分别计算了缆绳的水平张力和竖直张力。进行了缆绳破断强度的计算，并对缆绳是否超出安全负荷以及是否破断进行了判断。计算实例验证了模型的正确性和实用性。     

船舶从南到北穿越子午线航迹转向算法修正

为了改进大角度转向算法,针对船舶从南到北穿越子午线航迹转向时,可能出现的不合理转向的特殊情况,给出了通过改变设定航向、整定航向偏差和标志判断施加与原算法相反的舵角直到转向结束的三种修正转向算法。用VC编程实现了仿真,结果表明本改进算法在转向角大于180°或小于-180°时,能够选择其绝对值小于180°的方向转向,施舵合理,加快船舶转向过程并减小航行距离,进一步完善了转向算法。     

滚装船车辆自动配载研究

为实现大型汽车滚装船单层甲板车辆的自动配载,建立甲板和汽车实模型,并提出将排样问题中的最低水平线法与计算图形学中的射线法相结合来解决该问题.以3800车位汽车运输船的主甲板为例,对采用该配载模型和算法的效果进行分析,验证其有效性,发现在进行单一车型配载时效果与装载手册相当,在进行多种车型配载时仍有较高的甲板利用率.研究结果表明,该解决方案贴合实际,建模合理,能提升配图人员的配图效率,初步解决大型汽车滚装船车辆的自动配载问题.     

航海模拟器中适应式鲁棒航迹保持算法

为了更方便地使用航海模拟器进行培训,减少大船、小船自动操纵中的算法切换或参数调整.采用将船舶操纵性指数计算代入控制器设计中的方法,基于闭环增益成形算法,给出一种通用的适应式鲁棒航迹保持算法.通过对11条船的测试,控制效果令人满意.该算法实施过程简单、物理意义明显且具有一定的鲁棒性.     

航海模拟器中破碎浪的建模

为实现航海模拟器视景系统中破碎浪的仿真,对近岸区域容易产生的崩碎波和卷碎波进行建模.采用光滑粒子动力学(Smooth Particle Hydrodynamics,SPH)方法对流体进行建模,以容易产生浪花的港区岸壁、码头等 为目标模拟区域进行抽象确定边界.基于SPH流体的粒子无序性和同时间步长位置相对固定等特点,对链表搜索法进行改进,提出前向链表搜索法,对SPH模型的近邻搜索算法进行了改进,使得粒子搜索时间复杂度大大降低,提高了粒子近邻搜索的效率.所建立的破碎浪模型具有较好的实时性效果.     

散货船配载仪中CSR剪力修正计算

各船级社规定散货船配载仪要具有CSR剪力修正功能。国际船级社协会最新发布的《散货船油船协调版共同结构规范》于2015年7月1日生效,其中CSR剪力修正计算方法有所改变,为满足新规范的要求,采用"斜率修正法"计算舱室前后舱壁处的CSR剪力修正,根据货舱的装货高度及货物密度判断相邻2个舱室是否为"非均匀装载"载况,包括完整工况和单舱破损工况。采用"剪力修正分布系数二次修正法"确定舱室前后舱壁处剪力修正分布系数,舱室其他位置采用线性插值法计算剪力修正分布系数。以56 000 DWT散货船"太行128"及64 000 DWT"SPRING COSMOS"为例,开发配载仪程序,计算"重压载出港工况"及"1、3、5舱室隔舱装载工况"的CSR剪力修正值,和船舶设计软件NAPA计算值相比,相对误差在0.2%以下,证明所述方法的正确性,具有一定的工程实用价值。     

基于STL模型的船舶吃水转换功能实现

提出一种基于船舶外壳STL模型及S-H多边形剪裁算法的船舶吃水转化方法。根据船舶设计部门提供的船舶STL模型,用船舶六面水尺所在的平面切割STL模型,得到各个水尺的封闭多边形。根据船舶当前的载况计算出船舶的首尾吃水及横倾角,确定倾斜水线面的方程。基于S-H多边形剪裁算法,将各个水尺的封闭多边形和水线面求交即可计算出六面吃水。以6.4万吨散货船“Spring Cosmos”和25万吨矿砂船“Shandong Ren He”为例进行实例计算,和船舶设计软件NAPA计算值相比,绝对误差都在1 cm左右,证明上述方法的正确性。实验表明：算法计算精度较高,通用性好,适用于船舶任意载况,具有一定的工程实用价值。     

船舶操纵模拟器中的系缆张力模型

建立了可适用于6个自由度船舶操纵运动数学模型的系缆张力计算模型。系缆的应变满足虎克定律,利用悬链线方程和虎克定律推导出的系缆无应力长度的计算公式,根据计算出的系缆无应力长度和系缆的实际长度的对应关系,用试算法计算系缆张力;否则,忽略系缆的自重,通过由系缆的应变曲线图拟合的多项式来计算系缆张力,并分别计算了系缆的水平张力和竖直张力。进行了系缆破断强度的计算,并对系缆张力是否超出安全负荷以及系缆是否破断进行了判断。计算实例验证了模型的正确性和实用性。