基于NURBS和小波变换的船体曲面结构优化设计

船体曲面结构优化设计是船舶设计中的重要环节,可以提高船舶的动力学性能和效率。本文提出一种基于非均匀有理B样条（NURBS）和小波变换的船体曲面结构优化设计方法,使用NURBS曲线和曲面建模方法对船体进行建模,基于NURBS曲线和曲面的灵活性和小波变换分解算法,结合Open GL软件对船体曲线和曲面的形状进行寻优设计。结果表明,基于NURBS和小波变换的船体曲线、曲面优化设计的效率高、精度高。     

浅谈船体完整性建模

在船舶的生产设计中,船体结构建模不但作为每条船舶正式启动的第一环节,而且船体模型还将作为机电专业和舾装专业的载体,为其提供工作平台。为了更好地完成船体建模的工作,船体建模的完整性问题尤为重要。船体建模的完整性主要包括结构完整性建模、精度完整性建模和装配完整性建模等三大方面。船体完整性建模要求所有船体构件的基本信息、焊接信息、精度信息完整地输入到系统中,完成的模型中必须包含各种生产制造所需要的产品信息以及建造过程中需要的工艺信息等。完整性建模是现代造船的基本条件,设计人员还需要关注现代造船的装配流程及焊接工艺等等,紧跟时代步伐,这样设计的模型不仅完整而且符合最新工艺要求。     

基于知识的船体结构快速设计及优化

在确保安全的前提下,快速设计出优秀船体结构并实现快速修改是船舶设计师梦寐以求的目标。文章针对这一目标,提出了基于知识的船体结构快速设计方法,引入船体结构知识本体的概念,将知识工程原理和参数化技术相结合,对船体结构设计知识库的建立进行了研究,实现了船体结构三维快速优化设计。设计中设计船的结构构件位置通过位置参数确定,构件尺寸通过母型知识库并运用NURBS函数插值再结合规范要求获得,对主要结构采用量子行为遗传算法进行优化。实例表明,该方法将设计知识嵌入到船体结构知识本体中,既有助于设计知识的保留和再利用,又能实现对设计结果的自动检查,进而快速获得合理的船体结构。     

一种基于人工神经网络的响应曲面法在结构可靠性中的应用

响应曲面法在结构可靠性分析中常用于模拟不能明确表达的极限状态曲面（即失效状态函数）。本文以人工神经网络代替一般响应曲面的多项式函数,用于确定性结构分析,克服了多项式函数模拟某些极限状态曲面的局限性,达到了较好的效率和精度要求。     

大型舰艇多学科设计优化船体结构子系统设计方法

多学科设计优化(MDO)是解决复杂系统工程问题的有效手段。通过对大型舰艇多学科设计优化船体结构子系统设计方法进行研究,将船体结构设计分为船体横剖面结构布置方案自动生成、船体横剖面结构方案优选、船体结构重量估算3个步骤;根据总体方案提供的主尺度、横剖面外形轮廓和分层分舱等信息,依据骨材(桁材)均匀布置和余量控制的原则,生成船体横剖面结构布置方案,并提出一套参考母型船设计,确定设计船构件尺寸初值的方法;在船体横剖面结构方案优选过程中,采用调用代理模型代替板架有限元仿真模型的方法来减少结构分析的计算时间,并采用组合法获得重量最轻的设计方案。     

正交试验设计法在船体结构优化设计及计算中的应用

本文应用正交试验设计法(以下简称正交法)进行了船体结构的优化设计和计算。在优化设计中,用正交法分析了结构形式和构件变化对应力变化的影响,得出了合理的结构形式和构件尺寸。所举例子除了能定性地,而且在一定程度上也能定量地表明各构件的变化对结构应力变化的影响。为减少有关函数(如结构中求位移和力的有限元法)的计算次数,减少机时,提出了用正交法求初始值和效应,估算优化点并计算确定实际值逐步迭代的方法。还用这一方法编制了部分船体结构的计算程序。     

船体舯剖面结构最优化设计方法及其应用

在船体肿剖面结构设计中，构件的布置，剖面尺寸、板厚、构件数目等都是取整数或按标准选取规格型号，因此，在最优化设计中，设计变量大部分是整数或者规格型号离散型变量。本文在船体结构离散变量最优化设计方法的基础上，作了一些必要的改进与增删。用该离散型复全形法对船体舯剖机面结构的布置，构件尺寸、板厚的确定先进进行了优化设计，取得了很好效果，并编制制了计算机程序（ＹＨＺＰＭ），可在微机上运行。它对结构方案设计     

50000 DWT化学品船结构多维度优化设计

50 000 DWT化学品船属于市场主流船型，为了使该产品性能更好、更具竞争力，需要针对性做好设计研发工作，最大限度地实现轻量化设计，降低造船成本。文章对50 000 DWT化学品船结构多维度优化设计进行了研究，发现优化后的船体结构质量比国内外同类型先进船舶减少5%左右，同时实现了结构轻量化设计和减少构件数这2个结构优化目标的统一。     

基于响应面法的强力甲板结构优化设计

对于大型散货船,强力甲板是船体承受总纵弯矩及局部载荷的主要构件。特别是在压载工况下,强力甲板易出现结构问题,因此合理的强力甲板设计对船舶结构安全性和经济性十分重要。提出了基于响应面法的船体结构优化方法,并对一艘76 000 DWT散货船货舱段的强力甲板结构进行优化设计以验证该方法的有效性。在不同板厚尺寸、相同工况下进行甲板参数的灵敏度分析,选取适合的参数作为自变量。在计算出最大相当应力的基础上,应用响应面法的均匀设计试验方法,得出该舱段强力甲板最大应力与结构尺寸的函数表达式。以结构重量最轻为目标函数,在结构强度以及规范要求的最小厚度的约束条件下,对该舱段的强力甲板结构厚度进行优化。所得的优化结果说明该优化设计方法在实际工程中具有应用价值。     

船体舱段优化设计

将基于二次规划的准解析法优化理论应用于船体舱段的优化设计中,在整船三维有限元分析模型的基础上建立了船体舱段的优化模型.以船体舱段重量为目标函数,以钢板厚度和型钢横截面积为设计变量,考虑了尺寸约束、强度约束和稳定性约束,使优化后的舱段满足设计要求.根据优化理论编制了SAAOP程序,探讨了一种基于整体结构的局部优化设计的简便方法.     

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。     

轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法

[目的]当前常规的船体曲面设计局限于现有母型船设计空间,并且不能以足够少的参数驱动生成设计船型。为了解决上述问题,[方法]将吃水函数与NURBS方法相结合,提出船舶自行设计垂向参数化方法。以船体水线为基本设计单元,以平底线、设计水线、首尾轮廓线、平边线及最大横剖线为特征约束,以特征参数对应的吃水函数值为设计目标,建立水线逼近模型。可应用进化算法对该逼近模型进行求解,最后通过蒙皮法生成船体曲面。[结果]相关特征线的设计实例表明了该方法的实用性和先进性。[结论]应用该方法可以通过尽可能少的数据量完成船体曲面设计,且更适用于新船型的自行设计。     

轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法北大核心CSCD

[目的]当前常规的船体曲面设计局限于现有母型船设计空间,并且不能以足够少的参数驱动生成设计船型。为了解决上述问题,[方法]将吃水函数与NURBS方法相结合,提出船舶自行设计垂向参数化方法。以船体水线为基本设计单元,以平底线、设计水线、首尾轮廓线、平边线及最大横剖线为特征约束,以特征参数对应的吃水函数值为设计目标,建立水线逼近模型。可应用进化算法对该逼近模型进行求解,最后通过蒙皮法生成船体曲面。[结果]相关特征线的设计实例表明了该方法的实用性和先进性。[结论]应用该方法可以通过尽可能少的数据量完成船体曲面设计,且更适用于新船型的自行设计。     

舰船船体曲面建模标准研究

在对复杂曲面建模技术进行分析、对国内船体曲面设计方法进行研究以及对曲面建模软件实际应用情况进行了解的基础上,对我国舰船船体曲面建模标准进行探讨,确定标准的基本内容,这对于规范船体曲面建模将具有积极的指导作用。     

基于知识工程的船体结构快速设计

在确保安全的前提下,快速设计出优秀船体结构并实现快速修改是船舶设计师梦寐以求的目标。针对这一目标,提出了基于知识工程的船体结构快速设计方法,引入船体结构知识本体的概念,将知识工程原理和参数化技术相结合,对船体结构设计知识库的建立进行了研究,实现了船体结构三维快速设计。设计中设计船的结构构件位置通过位置参数确定,构件尺寸通过母型知识库并运用函数插值再结合规范要求获得。实例表明,该方法将设计知识嵌入到船体结构知识本体中,既有助于设计知识的保留和再利用,又能实现对设计结果的自动检查,进而快速获得合理的船体结构。     

船体B样条曲面的数学描述及计算机方法

叙述了三次Ｂ样条曲面的特点、数学描述、船体曲面片的拼接和曲面边界的处理，最后给出船体曲面设计产例，证明所述方法的正确法。     

基于响应面法的船底纵桁结构优化设计

提出基于响应面法的船体结构优化方法,对一艘76 000 DWT散货船货舱段的双层底纵桁进行优化设计以验证该方法的实用性。在不同板厚尺寸、相同载荷作用下进行纵桁参数的敏度分析,选取适合的参数作为自变量。在计算出最大相当应力、最大剪切应力的基础上,应用响应面法的正交组合设计试验方法,得出该舱段船底纵桁最大应力与结构尺寸的函数表达式。以结构重量最轻为目标函数,在结构强度、规范要求最小厚度的约束条件下,对该舱段的船底纵桁结构厚度进行优化。     

船体局部曲面结构造型的三维设计

二维设计广泛适用于船舶整体结构设计中,但针对船体局部曲面结构造型设计,只能显示二维图像,造成工作人员识图难度大,设计周期长。为此提出船体局部曲面结构造型的三维设计。依托Parasolid三维设计软件,使用Parasolid图形内核函数库,完成三维基础模型建立;通过三维静态力学条件分析,优化基础模型结构;采用三维动态力学分析,检验模拟环境下曲面结构的安全性能,实现三维设计;实验数据表明,本文提出方法,减低设计周期,造型设计显示直观,减轻识图难度。     

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。     

岸边集装箱起重机安全销拉桩优化设计

根据大型岸边集装箱起重机对安全销拉桩的性能要求,设计了新型拉桩结构,并基于有限元仿真分析结果,对局部结构进行了改进。为得到更加轻量化的结果,将响应面法引入到结构板厚优化中,根据全因子试验设计的样本点及其响应,构建了性能约束函数的二次多项式响应面模型,通过优化算法求解得到最终的设计板厚,在确保安全销拉桩性能的同时可减轻自重。