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。     

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。     

基于ProE曲面建模的三维船体造型设计

提出基于ProE曲面建模的三维船体造型设计方法,以满足三维船体造型设计技术需求.该方法将母型船型作为设计基础,使用Solidworks二次开发程序和VB编程语言计算设计船型的参数比例后,依据该比例修改母型船型.将修改后的母型船型导入到ProE曲面建模软件内生成三维船体模型,对该模型进行三维船体肋位设计和静水力计算后,使...     

用计算机作船体线型设计

本文提出一种简易、直观、迅速、灵活的船体线型数学设计方法。在CJ 709机上,计算一个船型约40秒钟。此方法可用于交互设计系统,使用者按自己的设计意图变化或修改船型数次,即可获得相当满意的结果。 此方法是吃水函数法的一种具体应用。它采用多项式链表达水线,有良好的表达能力,且水线光滑,无多余拐点。对于水线面面积曲线提出了一种特别的设计方法,并使用派生参数,成功地解决了诸吃水函数之间的协调配合,保证线型的光顺。此外,文中简要地讨论了船体轮廓线设计方法和派生参数的处理。最后,还给出三艘用上法设计的船模的阻力试验结果。     

船型参数化建模

本文尝试地建立了船型参数化建模方法,即通过特征参数确定纵向特征曲线,应用优化方法生成站线,进而生成船体曲面.某船的改型实例表明了该建模方法的可行性.     

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。     

船体曲面参数化设计新方法

论文提出一种基于光顺性微分方程的船体曲面变换方法。该方法可针对船体曲面变换的不同设计任务,构造同时满足光顺性微分方程和具体设计约束条件的船型变换函数,并通过该变换函数,实现对以NURBS表达的船体曲面的变换,论文证明,应用该变换方法,能够保证在船体曲面变换过程中不改变船体曲面的C2连续性。作为应用实例,文中给出了船体曲面局部修改、曲面整体变换和船型UV度变换的变换函数方程,并以一条油船为例,分别给出了三个变换方程的具体应用,从而证明了该方法的工程实用性。     

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.     

函数参数船型——型线表达

由船体型线的平边线和平底线等边界条件，以及横剖面几何信息，推导出具有函数形参数的数学表达式。这一函数表达式具有良好的柔韧性，能在少量横剖面参数控制下，较好地逼近船体型线。通过对三艘实船型线的逼近表达，证明了这一新函数的实用性。     

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.     

以型线图为数据输入的CATIA船体建模方法

[目的]为简化船体建模步骤,提高建模效率,提出一种基于型线图快速实现船体模型创建的方法。[方法]该方法基于CATIA平台,利用应用组件架构（CAA）开发工具进行二次开发。首先,通过读取型线图中型线的几何元素和标注信息,实现型值点由二维到三维的转换;然后,在此基础上完成型线和船体艏、艉圆弧的创建,获得三维线框模型;结合CATIA原生曲面创建命令完成船体三维建模。最后,通过实例对开发的型值提取和艏圆弧生成程序进行稳定性和可靠性验证。[结果]结果显示,编制的程序能够实现型值点、横剖线、水线、纵剖线及除舷墙顶线外其他边界线的自动创建,利用艏圆弧生成程序创建的圆心线和切点线具备易修改、便于用户操作等特点。[结论]根据验证结果可见,以船体型线图为数据输入,结合“创成式模块”和“工程图模块”创建船体模型的方法是稳定可靠的,能够实现船体快速建模,具备一定的实用价值。     

基于设计特征的FRIENDSHIP船型参数化方法及实现

船型设计是船舶总体设计中一项极其复杂且又重要的内容,船舶的结构设计、性能计算、总布置等都要以船型为依据,因此,如何实现船型参数化设计尤为重要。FRIENDSHIP系统为船型设计提供了基于Feature特征和仿真驱动设计的参数化方法和实现机制。在对船型参数化基本理论———特征参数、特征曲线和曲面生成等进行详细阐述的基础上,以某型船艉部裸船体为例,具体阐述了船型参数化的实现流程,以及以Feature、Curveengine和Meta surface为特征机制的船型参数化的具体步骤。以Feature特征为核心的船型参数化方法不仅能为船型曲面的快速建立提供技术支撑,还可以为性能分析和优化提供基础条件。     

优化算法在船体型线参数化设计中的应用

以目标船舶主尺度要素和承载船舶信息的基本曲线为输入信息,以曲线应变能为目标函数,提出参数化生成以NURBS表示船体型线的数学模型,采用两种优化计算方法(牛顿/拉夫森迭代法和微分群体智能算法)来数值求解该模型,并比较了不同算法所得出的船体曲线和计算过程。结果表明,依据本文介绍的数值算法,经参数化生成的船体型线能满足工程应用要求,并有望在船型优化设计中应用。     

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。     

基于CFD的Series60船艏型线自动优化

在基于仿真的设计(SBD)方法的指导思想下,提出了基于CFD的船型自动优化方法以实现船型自动优化。该方法主要由径向基函数插值技术实现船体曲面自动变形的变形模块和水动力计算模块组成,水动力计算由CFD-SHIPFLOW软件实现。以Series60船舶的兴波阻力最小为优化目标,利用该方法实现了其船艏型线的自动优化。优化结果表明:对于Series60船型,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。     

基于CFD的KCS船舶艏部型线优化研究

为实现基于CFD船体型线优化设计,开发了船体型线优化平台,并以KCS船为初始船型,对其艏部型线进行了优化。首先,重点介绍了径向基函数插值的基本原理及其在船体曲面变形中的应用;其次,将该方法与CFD软件及优化算法结合,开发了基于CFD的船体型线优化平台;最后,将该平台应用于KCS船的艏部型线优化设计,获得给定约束条件下阻力性能最优的船体外形。研究结果表明:基于径向基函数船体曲面修改方法是可行的,建立的船型优化平台具有一定的工程应用价值。     

利用遗传算法进行船体概念设计

在模型船体的各种主要和次要参数给定的情况下，利用遗传算法搜索模型船体的设计变量空间。从搜索到的船型的每一个种群中确定一个样本，作为具有既定几何特性的备选船体设计，形成了一个原型概念设计工具的基础，该原型设计工具能产生满足给定要求的船型。这里考虑的几何参数包括排水量、水线长、水线宽、水线面系数及漂心和浮心的位置。船体表面用偏微分方程表示，较少的设计变量就可以引起船体形状大范围的变化。     

船体曲线曲面的B样条光顺

根据给定的船体型值点，以三次非均匀B样条为光顺函数，采用整体光顺方法，以应变能最小、曲率变化均匀为准则，以控制点为未知量，建立最优化问题的约束方程并求解，实现船体曲线的光顺。根据曲线的相对曲率线图，将优化后的光顺B样条船体曲线与插值B样条曲线、传统最小二乘法逼近曲线进行了比较。构[循规蹈矩本曲面，以UV方向上的单参数曲线族或站线、水线、纵剖线方向的截面曲线族为研究对象，以曲线族的应变能之和最小为准则，进行光顺处理，最后，以NURBS为统一数学表达式，根据光顺后得到的控制点网络，应用双三次非均匀有理B样条得到光顺的船体曲面。     

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。     

一种新的曲面修改方法在船型优化中的应用

为实现基于CFD的船体型线自动优化,船体型线的参数化建模及修改起着至关重要的作用。论文提出了一种新的组合函数修改船体曲面的方法,该方法充分利用了融合函数及全局变换函数两类船体曲面修改方法的优点,实现了船体曲面的大范围变形,并保证了船体曲面的光顺性。将该方法与CFD技术及优化算法成功结合,直接应用于1300TEU集装箱船的型线优化设计,最终获得给定约束条件下的优化型线。结果表明,论文所提出的组合函数修改船体曲面的方法是可行的,具有一定的工程应用价值。