船舶CAD/CFD一体化设计过程集成技术研究

传统的船型设计中,CFD大多用来检验CAD的设计结果,而不是用来驱动产品设计.两者基本上处于"孤岛"状态,没有实现有机的集成.为使CFD更好的服务于船舶总体设计,实现船舶CAD/CFD的一体化优化设计,需要针对现有的计算软件和设计模式,利用集成优化平台进行流程集成及数据集成.文中采用集成优化平台iSIGHT初步实现了船舶三维建模软件、CFD计算分析软件之间的数据集成和过程集成.     

基于非线性规划法的最小阻力船型优化设计

为了获得阻力性能优良船型,以兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法并结合CAD技术研究最小阻力船型的优化设计.以总阻力为目标函数,总阻力用兴波阻力和平板摩擦阻力之和来表达,设计变量取船型修改函数的参数,在保证必要的排水量为基本约束条件下,选取Wigley船型为初始船型,分别对船体的首部和全船线型进行优化设计.通过将改良船型的阻力性能、船体线型和基于Michell积分法的优化计算结果相比较,证实了在相同的设计参数和约束条件下,采用Rankine源法进行船型优化结果更可靠.     

内河航道船舶交通流动力模型研究

通过研究传统交通流模型的跟驰理论,发现其简化过程无法考虑船型尺寸分布、船舶动力、水面阻力等复杂的船舶航行条件。为克服上述限制条件,增加粘性阻力项建立船舶跟驰模型,将跟驰模型中的微观参量转换为宏观参量,建立船舶交通流动力模型,对交通流模型进行了数值离散。模拟结果表明船舶交通流动力模型能够再现各种交通扰动波的传播情况,具有较好的适用性。     

滑行艇简化模型流场数值模拟及改型研究

合理的滑行面设计,是滑行艇设计中的关键问题.利用CFD软件FLUENT对滑行艇简化模型的流场进行数值模拟,得到简化模型的压力分布细节,并由此对滑行艇的滑行面进行改型,通过改型调整航态和艇底的水动压力分布,达到降低船舶阻力的目的.改型前后的实验结果显示：改型后滑行阻力与原型相比减小7%.研究表明：利用通用软件进行船舶流体力学的研究,是一个较为有效的方法;另外,通过合理布置滑行面可有效减小滑行艇滑行阻力.     

基于船舶操纵模拟试验的通航安全评估论证方法

随着港口建设的蓬勃发展,新建港口的设计航道和掉头区域及泊位是否符合设计船型的需要,无法用实际的船舶进行验证,但可在船舶操纵模拟器上实施大型船舶通航安全的模拟试验,并对结果进行评估,进而对航道设计或改造工程进行验证.     

基于CFD的多用途船纵倾优化

船舶阻力性能优化中,通过调整船舶纵倾值进行装载优化的方法成果显著且易于实施。选取30000DWT多用途船为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)软件(STAR-CCM+)对目标船的静水阻力进行预报,数值计算结果与船模试验数据进行对比分析,验证网格划分、数值计算相关设置的准确性。在此基础上对船舶纵倾优化进行研究,计算不同纵倾角、不同航速下的船舶阻力,得到相对于设计吃水下的阻力变化曲线及减阻效果。结果表明在设计载重量和航速下运营,其最佳纵倾角度为尾倾0.55°左右,减小船舶总阻力约1.5%。     

内河运输船舶的吨位与面积关系研究

探讨内河运输船舶的吨位与面积之间的关系,将有助于合理有效地计算船闸的一次过闸平均吨位.采用最小二乘回归分析的方法,分析标准船型、实际(抽样)船舶和船舶流量的吨位与面积关系,结果表明内河运输船舶的吨位与面积之间具有显著的相关性,可采用线性、二次多项式、幂函数等函数进行回归分析;而统计意义上单位时间内船舶流量的吨位与面积之间具有良好的线性关系.应用时,实际船舶的吨位与面积关系可采用相应的标准船型来代替.     

基于势流理论的集装箱船型球首优化设计研究

带球首船型的降阻效果已被许多理论和实践所证实,然而要确定球首的大小和位置却比较困难,为了快速、准确地获得阻力性能优良的船型,以势流兴波阻力Rankine源法为基础,结合非线性规划法中的SUMT内点法进行船型优化设计.选取某集装箱船型为初始船型,对其首部进行三种改型,然后分别对其改型区域进行优化设计,得到三个带球首的改良船型.通过分析改良船型的阻力性能和球首形状,表明不同球首的降阻效果,从而为理论确定球首的大小和位置提供有益的借鉴,这一设计思想也可以改变已往大多凭经验和试验来设计球首.     

交通部调整京杭运河船型标准化政策

为加快京杭运河标准船型的推广，交通部根据京杭运河及长江三角洲地区的航道条件，并结合目前京杭运河区域内航运管理、船舶检验和船舶建造管理的实际，于5月21日发布了《关于调整京杭运河船型标准化示范工程标准船型有关政策并公布京杭运河运输船舶标准船型主尺度系列的公告》。     

吃水函数船型表达研究

探讨用吃水函数表达船舶线型,用于计算机辅助船舶设计;用于系列船型数学表达和变换,派生新船型;用于参数设计.     

Shape optimization of bow bulbs with minimum wave-making resistance based on Rankine source method

The hull form optimization concerns one of the most important applications of wave-making resistance theories. In recent years, scholars can determine the hull form by using the optimization method based on the computational fluid dynamics (CFD) and other mathematical techniques. In this paper, the hull form optimization method based on the Rankine source method and nonlinear programming (NLP) is discussed; in the optimization process, a hull form modification function is introduced to represent an improved hull surface and to generate a new smooth hull surface by changing its frame lines and bow stem profiles under the prescribed design constraints. Numerical example is given for a practical container hull form. Finally, shape optimization of bow bulls is shown for non-protruding and protruding bow bulls. This study presents a simplified and practical design method to the select frame lines of bow bulls.     

局部气垫双体船阻力性能及片体间距优化研究

基于流体计算软件STAR-CCM＋,使用VOF法模拟自由液面,联立求解N-S方程及运动方程,并结合湍流模型RNGk-ε及DFBI六自由度模型,对局部气垫双体船型阻力性能进行数值模拟计算,计算结果与船模水池试验结果吻合,精度可信,验证了此该数值方案的可行性.在此基础上,针对局部气垫双体船的片体间距对阻力性能的影响进行数值仿真计算,并对结果进行对比分析,得到了不同片体间距下的阻力变化趋势.针对该局部气垫双体船,综合考虑越峰性能及高速段、低速段阻力性能对片体间距进行选取,认为0.34m的片体间距较为合理.文中使用的CFD方法能够有效模拟局部气垫双体船的阻力性能,可用于船型优化设计.     

Minimum resistance ship hull uncertainty optimization design based on simulation-based design method

In the ship hull optimization design based on simulation-based design (SBD) technology, low precision of the approximate model leads to an uncertainty form of optimization model. In order to enable the approximate model with finite precision to maximize the effectiveness, uncertainty optimization method is introduced here. Wave resistance coefficient approximation model, built by back propagation (BP) neural network, is represented as a form of interval. Afterwards, a minimum resistance optimization model is established with the design space constituted by principal dimensions and ship form coefficients. Double-level nested optimization architecture is proposed: for outer layer, improved particle swarm optimization (IPSO) algorithm with learning factor improvement strategy is used to generate design variables, and for inner layer, modified very fast simulated annealing (MVFSA) algorithm is used to solve the objective function interval with uncertainty region. Cases calculation proves the effectiveness and superiority of uncertainty optimization method for ship hull SBD optimization design, thus providing a good way for finding optimal designs.     

基于CFD的30000吨载货教学实习船阻力数值模拟

为了对船舶阻力进行精确预报,选取30000 t载货教学实习船为研究对象,基于CFD对静水中不同航速的船舶阻力进行数值模拟,建立三维船体模型,采用局部加密进行网格处理,使用Standard k-ε湍流模型,利用VOF法追踪自由液面,将结果与船模试验数据进行比较表明,该方法计算速度快,成本低,预报精度较高,具有重要工程意义...     

Study of resistance performance of vessels with notches by experimental and computational fluid dynamics calculation methods

Owing to the special working characteristics and operation requirements, lots of working ships have notches in different sizes and shapes in their hulls. In order to study the resistance performance of the vessel with notches, a series of model resistance tests were performed in respect to the 4 500 m³/h cutter suction dredger, and the tests were simulated based on the computational fluid dynamics software FLUENT. Based on analysis to the experimental data and the computational fluid dynamics (CFD) calculation results, the change of the flow field and the resistance performance caused by the notches were studied, and the reliability of the software in simulation of viscous flow around the hull was proved. It provides the basis for the future study and the design optimization of this kind of working ships.     

基于参数法的船型自动生成

在船舶初步设计阶段,探求一种快速高效率的方法来确定优良船型.船型参数法通过高水平的描述符(形状参数)生成船体曲线和曲面所想要的几何外形.程序实现几何建模系统以船体的形状参数作为输入,以水动力计算所需要的船体型值作为输出,使几何船体与水动力性能成为一种内在决定性关系.因此,船型参数法是船舶水动力性能优化的重要基础和不可缺少的组成部分.     

高速列车头型数值设计优化研究现状与展望

基于试验的传统列车头型设计方法通过对比从有限设计方案中寻优,并非真正意义上的优化。联合CFD仿真和优化算法进行列车头型设计优化,是列车设计研究的一个新方向。从设计方法、参数化建模以及计算策略等4个方面综述了国内外高速列车外形数值设计优化的研究现状,指出高速列车头型设计的发展趋势,即向与建筑物耦合设计、谱系化设计、多学科设计、全寿命周期设计及随机设计5个方向发展。我国列车运行速度不断提高,需要设计运行安全、高效与环境友好的高速列车头型,发展能广泛应用、高效可靠的列车头型设计理论与方法,建立高速列车头型设计技术规范和标准体系。     

基于傅汝德-克雷洛夫力非线性法的规则波浪中船舶运动数学模型

为准确预报规则波浪中船舶的运动, 提出基于四叉树划分的自适应网格法, 以生成船舶瞬时湿表面, 在船舶瞬时湿表面上计算傅汝德-克雷洛夫(F-K)力与静恢复力; 对于与波面相交的面元, 由于F-K力在波面处剧烈波动, 采用四叉树划分法进一步细分面元; 基于线性理论, 采用瞬时自由面格林函数在船舶平均湿表面上计算扰动力; 为避免瞬时自由面格林函数在自由液面处剧烈波动产生严重数值误差, 舍去扰动势所满足边界积分方程中的水线项, 并对迎浪前进速度为傅汝德数0.2的WigleyⅠ型船舶进行数值计算。计算结果表明: 对低于瞬时波面以下的船体部分, F-K力非线性法所需面元数更少, 为细网格法的1/4~1/8;除不规则频率外, 舍去与未舍去水线项所得水动力系数与试验值的相对误差分别小于33.4%、54.8%, 因此, 舍去水线项所得水动力系数更接近试验结果; 当入射波波幅为0.018 m, 波长与船长比为1.25时, 采用F-K力非线性法与线性法所得纵摇幅值响应因子的计算结果分别比试验值低3.2%、17.0%, 波长与船长比为2.00时, 采用F-K力非线性法与线性法所得纵摇幅值响应因子的计算结果分别比试验值低6.7%、13.5%, 可见, 采用F-K力非线性法能够准确地仿真规则波浪中船舶的运动。      

船体型线多学科设计优化系统重构研究

文中分别阐述了目前应用较为普遍的MDF及IDF系统重构方法的基本原理,以46000t油船主尺度及型线的优化设计为例,采用两类不同的系统重构方法进行了优化．结果表明,IDF方法是船型多学科设计优化系统重构的理想方法．