基于计算流体动力学的最小阻力船型自动优化

基于计算流体动力学(CFD)理论,利用i SIGHT优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法集成船型变换及自动生成技术、CFD技术及优化算法。优化过程中,编制船型参数化融合模块实现船型变换与SHIPFLOW软件输入数据间的自动连接;采用遗传算法与二次序列规划法相结合的组合优化方法实现从全局探索再到局部空间寻优的整个流程。以某双艉集装箱船为例,优化后船体兴波阻力明显下降,总阻力也得到显著的改善,获得了设计航速下总阻力最小的船艏与船艉线型组合,表明了该方法的可行性与有效性。研究显示,所提出的方法可以获得阻力性能优良的船体型线供设计者参考,具有较强的工程适用性,在基于CFD的船型自动优化方面具有广阔的应用前景。     

基于iSIGHT的船型耐波性优化研究

将船型变换程序接入到iSIGHT系统中,进行系列船型的变换,生成船型库;应用三维时域面元法(Wasim软件)对船型库中的系列船型进行耐波性的计算,将计算结果绘制成图谱,对耐波性与主要船型参数之间的关系总结归纳,并编写插值程序。将船型变换程序与插值程序相连,再接入到整个优化系统中,寻找到耐波性能更优良的船型。以某远洋渔船船型为例,验证了基于iSIGHT的耐波性优化系统的可行性。     

船体表面变形重构及其CFD数值计算网格自适应方法

将船体几何建模重构技术与CFD技术及最优化理论相融合形成的SBD(Simulation Based Design)船型设计方法,使得船型设计从传统经验设计向以数值评估数理寻优为特征的知识化设计新模式转变,为船型设计创新打开了新的局面。本文针对该设计模式中船体几何重构和高精度CFD数值计算网格自适应关键技术进行研究,给出了船体几何整体/局部重构方法及其流程,同时详细阐述了船体表面网格自动变形与体网格自适应方法及其实现过程,突破了高精度CFD方法在船型自动优化流程中应用的瓶颈,为开展SBD船型设计打下了坚实的基础。     

基于参数化CAD模型的船型阻力/耐波性一体化设计

在舰船概念设计阶段,往往需要快速生成阻力和耐波性能兼优的船型。采用基于母型船的船型融合生成方法,实现了参数化船型自动生成。在此基础上,采用iSight优化平台,将参数化船型生成技术与阻力、耐波性计算模型集成,运用多学科设计优化技术实现了船型阻力/耐波性性能一体化设计。优化方法采用多目标遗传算法以获取Pareto前沿。以一艘46 000 DWT油船的型线优化为算例对这个过程进行了具体说明,试验结果表明总阻力降低了3%,验证了这种方法的可行性。     

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。     

船舶多学科设计优化中的船型变换模块

为了实现船型优化,第一步需要按照设计变量的改变来生成船型,这样就需要一个变换程序将母型船变换成设计船.当船型优化发展到基于CFD以后,传统的通过主尺度和几个船型参数例如Cp,Cw等来控制船体型线的做法已经不能满足要求,需要对船型进行更加准确,细致的控制.为了解决这个问题,文中开发了一个新的船型变换程序,它直接读人横剖面面积曲线和设计水线,然后变换船体型线以满足这两根曲线的要求.该程序的变换步骤包括主尺度仿射变换,Cm变换,横剖面面积曲线变换和设计水线变换.程序中主要的变换方法为广义Lackenby变换,仿射变换等.该程序由于直接根据横剖面面积曲线和设计水线来控制型线,使船型变换模块的设计变量从10个左右扩展到了40个以上,增加了船型优化提升船体性能的可能性.该程序是船舶多学科设计优化的船型优化模块的前处理程序.     

近似技术在船型阻力性能优化中的应用研究

船体型线优化过程中,通常要利用高精度的CFD软件对船舶的相关性能进行数值求解。这将耗费大量的时间,导致船型优化效率降低。为有效提高船型优化的效率,提出将近似技术应用于船型自动优化中,以代替CFD数值求解。探讨了样本点选取、样本集形成及近似模型实现途径等问题。以一艘1300TEU集装箱船的线型优化为例,构建船体兴波阻力的Kriging近似模型,并将其应用于球鼻首的优化中。计算结果表明,基于Kriging模型的船型优化是一种实用而且有效的方法。     

水面舰船论证阶段船型方案多目标优化方法

为在水面舰船论证阶段有效开展船型优化选型,基于水面舰船船体参数化建模方法、CFD水面舰船航行性能快速预报技术、多目标优化技术等,建立水面舰船论证阶段船型方案多目标优化方法和流程.通过实例应用表明,该方法流程可有效支撑在该阶段开展船型方案的多目标优化工作.     

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。     

船舶CAD/CFD集成优化接口开发及应用研究

为实现船舶CAD/CFD的船型自动优化,数据集成是其关键技术之一.文章重点研究船型与阻力性能计算程序(Shipflow)之间的接口技术,开发了读取IGES文件的接口模块程序,实现了船型与阻力计算程序之间的数据自动提取.最后以实例进行了验证,初步实现了基于CAD/CFD的船型自动优化.该研究不仅仅开发了阻力性能的接口程序,也为船型与其主要性能计算模块之间的接口开发提供了技术途径.