基于NURBS的球艏构型参数优化与分析北大核心CSCD

[目的]设计优良的球艏构型能够改变船舶在水中航行时的船艏兴波,对阻力产生影响来改善整个船体的阻力性能,为此需对球艏构型参数进行优化。[方法]基于球艏参数化表达和NURBS理论,对母型球艏构型进行数据点网格生成和定义点反算,根据参数优化需要,利用优化算法对定义点进行优化调整后,给出优化船型球艏,并利用CFD软件进行仿真计算,与母型构型进行阻力和波形对比,将以球艏重心为代表的球艏参数阻力特征直接体现到构型优化结果中。[结果]结果表明,借助于NURBS曲线可有效将球艏参数优化特征体现出来,方法形象直观,可显著提高球艏构型表示和优化的效率。[结论]该方法简化了整个优化过程,并取得预期的减阻效果。     

基于形状参数的球艏参数化设计

对球艏曲面的参数化建模方法进行了系统研究,首先对球艏的纵向特征曲线和横截面曲线进行参数化建模,将曲线的生成问题看成是一个约束优化问题,目标函数反映了曲线的光顺性,形状参数集则构成问题的等式约束条件,设计变量为曲线的控制顶点坐标。对于球艏曲面的建模则采用改进曲面放样法,即在生成曲面的过程中考虑纵向曲线的光顺性,使得生成的曲面不仅插值通过各条球艏截面曲线,同时具有较好的光顺性。     

基于NURBS的球艏构型参数优化与分析

[目的]设计优良的球艏构型能够改变船舶在水中航行时的船艏兴波,对阻力产生影响来改善整个船体的阻力性能,为此需对球艏构型参数进行优化。[方法]基于球艏参数化表达和NURBS理论,对母型球艏构型进行数据点网格生成和定义点反算,根据参数优化需要,利用优化算法对定义点进行优化调整后,给出优化船型球艏,并利用CFD软件进行仿真计算,与母型构型进行阻力和波形对比,将以球艏重心为代表的球艏参数阻力特征直接体现到构型优化结果中。[结果]结果表明,借助于NURBS曲线可有效将球艏参数优化特征体现出来,方法形象直观,可显著提高球艏构型表示和优化的效率。[结论]该方法简化了整个优化过程,并取得预期的减阻效果。     

基于Grasshopper的参数化球鼻艏生成方法

针对在球鼻艏减阻优化设计循环中手动建模方法无法满足需要的问题,提出了利用软件Grasshopper开发一种新的参数化球鼻艏生成可自动变形的球鼻艏的方法。该方法首先定义了球鼻和主船体之间的过渡区域,通过过渡区域的自由变形,实现了球鼻与主船体的光顺连接。然后实现生成的球鼻艏可以根据输入参数的变化自动修改形状。最后将该方法应用在一艘集装箱船体上。结果表明:该方法可以高效地应用于商业船舶的参数化球鼻艏建模。     

基于响应面的渔船球鼻艏参数分析及多航速自动优化

远洋金枪鱼围网渔船是一种中、高速的作业型船舶,加装球鼻艏并进行优化可以有效降低其兴波阻力。通过一种改造型值的球鼻艏变换方法,由球鼻艏的长度、宽度、高度及尖点高度参数直接生成用于CFD计算的船体型值,可以快速探讨球鼻艏对兴波阻力的影响。兴波阻力的计算采用Rankine源势流理论,运用试验设计方法生成球鼻艏参数对兴波阻力影响的响应面模型。该模型表明,各参数的影响是复杂且耦合的,难以呈现单调的规律性,且在不同航速下其影响规律也有差异。优化球鼻艏的过程选用结合响应面的快速优化方法,通过优化,发现传统的对单一设计航速的优化可能会出现在较低的服务航速下阻力增加的情形,而采用多个航速的阻力优化方法则在设计航速与服务航速下同时具有减阻节能效果。     

基于CFD的金枪鱼延绳钓渔船球鼻艏形状研究

以49.5 m金枪鱼延绳钓渔船为研究对象,为了得到具有较好阻力性能的球鼻艏,首先设计撞角型球鼻艏,通过CFD方法得到撞角型球鼻艏渔船的阻力性能并与模型试验结果进行比较,两者吻合较好;然后通过改变球艏的伸出长度、形心浸深和体积为该船设计水滴型和S-V上翘型球鼻艏,对水滴型和S-V上翘型球鼻艏形式的船体阻力性能进行数值模拟。通过比较三种不同球鼻艏形式下船体的阻力性能,结果显示:该型延绳钓渔船使用撞角型球鼻艏具有较好的减阻效果。     

球鼻艏换新工程的质量控制工作

对于集装箱船和滚装船的球鼻艏换新工程,新球鼻艏的线型是否能够满足型线图的要求、球鼻艏外板及其与船体艏部外板的过渡是否光顺,是考核该项工程建造质量的重要因素之一,而对球鼻艏线型的控制又是该项工程的一个难点。文章分析了新球鼻艏分段建造中产生线型不光顺的各种因素,并根据新分段建造中各阶段的具体情况提出了适当的控制方法。     

水面舰船可调型球艏设计与分析

考虑到固定式球艏对船舶减阻能力随航速变化敏感,为了避免固定式球艏在兼顾多个航速下减阻的局限性,提出可调型球艏设计思路,依托CFD软件STAR-CCM数值模拟对可调型球艏设计方案构想进行理论验证,根据阻力对比和优化确定球艏静态参数,根据波形计算和比较确定球艏动态参数。通过静态参数的建立和动态参数的预报,将可调型设计方案具体化。计算结果显示,可调型球艏能够实现低速阶段不增速,中高速阶段减阻显著的目标。     

基于波浪增阻的长球艏球艉双体风电维护船研究

根据中国海上风电场维护船的使用要求和航行的环境特点,选取快速性和耐波性良好的长球艏球艉双体船作为风电维护船船型。利用基于CFD的数值仿真方法模拟长球艏球艉双体风电维护船在波浪中的纵摇和升沉运动,计算其波浪增阻。研究球艏球艉长度和片体干扰对长球艏球艉双体船在波浪中阻力性能的影响,为球艏球艉双体船以及风电维护船的船型设计与优化提供参考。     

基于圆球型球鼻艏构型的兴波阻力减阻特性分析

球鼻艏减阻的机理至今尚未完全清晰,开展基于圆球型球鼻艏构型对兴波阻力影响机理的研究,对揭示球鼻艏的减阻机理,充分发挥球鼻艏对水面舰船的消波减阻效果具有基础性的重要意义。针对DTMB 5415船型,利用CFD计算软件STAR-CCM,分析前伸出球鼻艏主要构型参数对兴波阻力的影响及其机制。设置几组前伸出球鼻艏,其主要构型参数的前伸量与半径各异,结合采用已知试验数据和CFD计算数据分析阻力的变化规律,以及球鼻艏减阻的机理。结果表明,在特定的傅汝德数条件下,球鼻艏纵向位置和半径对兴波阻力的影响较为显著。     

基于BP网络的球鼻首参数化优化

本文以某集装箱船为研究对象,对降速航行后的球鼻首进行优化。采用Catia建立船体三维模型,为了产生不同形状的球鼻首,选取球鼻特征参数来描述其基本结构;采用拉丁超立方试验抽样方法得到12组不同形状的球鼻首,提出运用非线性拟合能力较强的BP网络构建球鼻首参数和阻力系数之间的关系模型;采用遗传算法对训练后的网络进行极值寻优。结果显示,优化船型的阻力系数显著降低,说明该方法对球鼻首的优化有一定的借鉴意义。     

A study on collision buffer characteristic of sharp entrance angle bow structure

SEA-Arrow (sharp entrance angle bow like an arrow) has no protrusion of the bulbous bow to reduce bow waves and has a transverse stiffening system in the narrow bow space to apply the buffer bow concept. This system has lower longitudinal stiffness than a conventional longitudinal stiffening system and therefore has buffer characteristic in ship-to-ship collision. A comparative collision study of SEA-Arrow and the conventional bulbous bow was conducted using elasto-plastic finite element analysis. A collision scenario where the striking ship hits the side shell of tanker midship perpendicularly was selected. The results showed that the buffer bow characteristic of SEA-Arrow is superior to that of the conventional bulbous bow, since much more energy is dissipated by the plastic deformation of striking and struck ships until the inner shell of struck ship ruptures.     

Geometric modelling of bulbous bows with the use of non-uniform rational B-spline surfaces

Nowadays, bulbous bow forms have become a common design feature in most conventional ship designs. The design of a bulbous bow is usually attempted with the use of certain form parameters that are imposed using the designer's experience or regression values that provide the optimum parameters based on experimental tests or computational fluid dynamics (CFD) calculations. In this article, the geometric modelling of a bulbous bow form that complies with a series of parameters is presented. First, a wire model was constructed with cubic B-spline curves that hold certain form parameters that the designer wants to impose. Second, a B-spline surface that fits these splines was mathematically constructed. A review of the influence of the design parameters used on the bulbous bow properties was made. This method could be used prior to numerical optimization of a bulbous bow because different variations of the design can be easily generated. These variations can be tested numerically using CFD software. A practical application example of the method is shown.     

一种曲面插值算法在球鼻艏形状优化中的应用

文章着眼于球鼻艏设计,提出一种球鼻艏几何形状的插值表达方法,把球鼻艏的设计参数减少至5个,提出采用多岛遗传算法数值优化兴波阻力的球鼻艏设计方法。最后,对KCS船的球鼻艏进行了优化设计,结果显示,其兴波阻力较原方案降低了10%,初步验证了该设计方法的有效性。     

撞角球鼻艏形式和参数变化对阻力影响的研究

通过数值计算及模型试验确定了撞角球鼻艏形式和参数对阻力的影响。针对3个形式各异的球鼻艏方案,开展了CFD计算和模型试验,结果显示:当傅汝德数为0.28时,撞角球鼻艏的剩余阻力系数比无球鼻艏的剩余阻力系数约小20%。以8个主要参数各异的撞角球鼻艏方案为对象,采用CFD技术分析了撞角球鼻艏的参数变化对兴波阻力的影响,并确定了撞角球鼻艏的宽度比和纵向长度比对兴波阻力系数的影响。     

舰艇新型球鼻首结构设计探索

从材料选型入手对舰艇新型球鼻首的结构设计进行探索,研究结构和声学性能要求,提出性能优良的球鼻首结构方案,以备新型舰艇球鼻首的实际建造和后续发展.     

基于CATIA二次开发的球首参数化设计

为实现在船舶型线设计中快速生成船舶球首,以船舶球首为研究对象,通过定义控制球首形状的纵向边界线、横向边界线、横剖面形状,设置相关控制参数,以CATIA为开发平台,VB为开发工具,对其进行二次开发,编制球首参数化设计程序,迅速地生成球首三维模型。     

缓冲型球艏的艏柱设计计算分析

依据缓冲球艏设计要求,提出棱柱型艏柱设计方案,运用有限元分析软件LS-DYNA对采用传统艏柱与棱柱型艏柱结构的12 000 t油船进行船艏碰撞的仿真分析,发现棱柱型艏柱结构比传统艏柱结构球艏更易被压溃.     

球鼻艏伸出长度对阻力性能的影响

我国作业的众多渔船中,拖网渔船占了多数。为了响应国家节能减排政策,故采取安装合适的球鼻艏以起到减少阻力的作用。文中采用CFD技术,在球鼻艏伸出长度的变化上对拖网渔船进行阻力的比较研究,从中得到适当的球鼻艏使得拖网渔船在设计航速下得到较好的减阻节能效果。