基于FLUENT的拖网渔船球鼻艏形状减阻优化研究

船舶阻力预报是反映船舶安全性与快速性的关键指标.针对现有阻力计算方法存在的耗时长、精确度不够等问题,提出一种利用FLUENT数值模拟技术来实现的拖网渔船阻力预报的快速优化法.船舶球鼻艏对阻力性能具有非常大的影响,应用参数设计法可生成一系列球鼻艏的型线,实现模型的通用化表达,提高流场转换和分析的灵活度,解决经验设计中不可控变量所导致的偏差.与试验结果比较证明该方法计算速度快、预报精度高,设计模型适用于工程和研究.     

基于BPNN的球艏降阻优化模型构建研究

船型优化可以减少船舶航行过程中的阻力,是提高船舶快速性的主要途径.在现代船体型线优化设计过程中,通常反复使用计算流体力学(CFD)软件进行仿真计算,船舶模拟模型船型样本多、计算量大,使优化的时间成本大幅提高,引入变精度模型将有效解决此问题.以油船球艏优化为例构建了球艏降阻优化BP神经网络(BPNN)模型,可作为低精度模型在优化迭代过程中对大量设计点进行快速阻力预报,通过变量的相关分析,预报出总阻力的变化趋势,寻求逼近最优解的设计点,并为下一步在基于变精度模型的球艏降阻优化研究中神经网络的应用提供经验与支持.     

8162型渔船节能船型及性能研究

以８１６２型双甲板拖网渔船为母型，分别改变其首型为球鼻艏，尾型为球艉，以具有球鼻艏和具有球艉，球鼻艏的船型分别与常规的母型进行阻力，自航和尾部伴流测量等试验比较。其结果表明，采用球鼻艏和球艉船型对降低船舶阻力，提高推进效率和改善尾部伴流分布均有明显的效果。     

基于VFM与智能优化方法的水面舰船球艏降阻研究

因舰载武器装备升级等因素对水面舰船水动力节能技术的需求逐步增大.以标准船模DTMB 5415为研究对象，设计完全参数化的船体几何重构方案，分别采用计算流体力学(CFD)与Holtrop法对样本船模进行阻力预报，构建基于BP神经网络的高、低精度近似模型.通过高精度模型对低精度模型进行修正，得到可替代CFD数值计算的变精度模型(VFM).该VFM可解决CFD硬件要求高、计算耗时长的缺点，且满足工程优化的精度要求.基于遗传算法在VFM上进行自动寻优迭代，得到球艏线性尺寸的全局最优解.通过CFD技术对优化后船模进行数值计算，所得阻力结果优于基准设计模型，表明基于VFM的优化思路适用于船型阻力优化.     

肥大船型与球鼻艏

本文对若干艘方形系数为０．８０左右的肥大船在具有球鼻艏和只有常规船艏及满处相压载航行状态下，船型和静水阻力性能间的关系进行了分析。在此基础上，探讨肥大船型的权衡设计，并认为在肥大船型设计时应同时兼顾满载和压载航行状态的阻力性能。提出加装适当尺度的球鼻艏是改善压载航行状态阻力性能的有效方法之一． 四种肥大船原型的船模阻力比较试验的结果表明，对方型系数０．８左右的肥大船型前体和后体分别采用 ＳＳＰＡ和６０系列船型较为理想。 提供一压载航行时阻力性能有较大收益，而对满载航行时的阻力性能影响不大的球鼻艏．     

基于CFD的高速船船体型线的自动优化

和传统的采用母型船改造方法不同,通过构建基于船舶计算流体力学(CFD)的船型阻力性能优化流程,采用基于母型库的船型曲面修改融合模块,建立了多目标的优化数学模型,并利用多学科设计优化集成软件iSIGHT的过程集成及优化策略定制功能,完成了上述各模块的集成及优化问题的表述.对某高速船船体型线的阻力性能进行了自动优化,结果表明:优化后船型的兴波阻力明显下降,线型更为实用,船艏部位的波形更为简单,为CFD应用到船型自动优化提供了可行依据.     

基于CFD的三体船流场数值模拟可靠性研究

在Realizable k-ε湍流模式下对某高速三体船模型的黏性流场进行CFD数值模拟.不同航速下阻力的计算结果与试验数据最大误差为15.05%.分析得到三体船模型在不同航速下的自由面波形,显示出主侧体之间强烈的兴波干扰.最后计算不同航速下三体船模型的压力分布,较为理想地模拟出由于球鼻艏存在而导致的高压区,以及侧体内外两侧由于自由面高度不同而引起的压力分布的不同.结果表明:CFD数值模拟三体船黏性流场具备一定的可靠性.     

响应面模型与多目标遗传算法相结合的机床立柱参数优化

针对传统方法在复杂机械结构优化设计中的低效性和局限性,提出了一种将响应面模型与多目标遗传算法相结合的优化设计方法.采用拉丁超立方试验的设计方法,在设计空间抽取样本点并进行数值模拟,建立了由7个设计参数所决定的立柱最大变形、首阶固有频率及质量的初始二阶响应面模型.利用多目标遗传算法对响应面模型进行循环逼近优化,得到了Pareto最优解集.仿真结果表明,在质量不变的条件下,优化解可使立柱首阶固有频率增加15.9%,导轨处最大变形减小7.7%,可通过有限次数的数值模拟计算获得设计空间内的近似最优解,因此较适用于机床及类似复杂结构的多目标多参数的优化设计.     

不同船艏形式船模阻力试验及数值计算

为了更好地研究不同船舶艏部型线类型对船舶阻力性能的影响,基于某一艏部形式的船模开展阻力试验和计算流体力学(CFD)数值计算研究;然后在该种船艏形式的基础上对船模艏部型线进行优化改进,另外设计出2种不同的船艏形式,并且对改进后的船模阻力进行CFD数值计算,最后对3种船艏形式的船模阻力性能进行对比分析,有效地说明了适当增加船舶艏部型线的外凸形式有利于提高船舶阻力性能。     

基于CFD的渔船船体阻力性能预估方法

为了预估渔船实船阻力，以一艘11.75 m渔船为研究对象，基于CFD方法给出了一套完整的由船模阻力数值仿真到实船阻力换算的方法。结果表明：该方法可以有效地预估渔船船体阻力，减少设计成本；结合船舶在水中的垂向水动力，对阻力曲线中的峰值点和谷值点成因进行了分析，阐释了船舶阻力随航速的增加先增大后减小的原因。     

以伴流均匀度为目标的艉部线型优化

以某3 100箱集装箱船（3 100 TEU）为研究对象,进行了以提高伴流均匀度为目标的船艉优化方法研究.采用软件Friendship中的Framework模块对原型后体进行修改,采用FLUENT前处理GAMBIT软件生成网格.在统一网格形式下,基于FLUENT软件平台对三型船体绕流进行了数值模拟和静水力参数、阻力及伴流分析,并采用船形特征值x-i对船形进行了U、V度分析.结果表明：max(x-i)对应的站号越大（从船艉至船艏依次编号）,伴流均匀度越好;靠近艉部的x-i值偏低有利于提高伴流均匀度.将艉部横剖面形状朝极端U形方向改的阻力仅增大0.61%,则伴流峰、伴流梯度、伴流不均匀性征即有明显改善.     

球鼻首对渔船阻力和运动的影响

文章介绍了上海交大船舶流体力学研究室对渔船装球鼻首后的静水阻力,波浪中阻力和横摇、纵摇、升沉影响的船模试验结果。试验了船长为41米和44米的两艘渔船,分别在船体型线不变的情况下装 S—V 型球鼻首、水滴型球鼻首和普通首的静水和波浪中性能。船模试验在规则波中进行。给出了零速横摇,不同速度迎浪的纵摇、升沉和波浪中阻力增值的频率响应曲线。用 ITTC 两参数波谱预报有义波高2米、4米的实船性能。结果表明:在机器功率不变情况下球鼻首使静水航速增加0.1～0.2节,水滴型和 S—V 型球鼻首的效果差别不大。在4级浪时,球鼻首船较普通首的船有义横摇幅值减小9%左右。纵摇有义幅值较普通首小;而升沉则较普通首稍大。最后使球鼻首的船纵向运动较普通首缓和。球鼻首船的失速较普通首稍大,但它们在波浪中的航速差不多。     

板料拉深成形工艺参数的多目标遗传算法优化

拉深是板料冲压成形的关键工艺。拉深成形工艺参数优化是一个典型的多目标优化问题。该文在板料拉深成形数值模拟的基础上,确定了工艺参数多目标优化的待优化变量和优化目标,进而建立了优化数学模型,然后采用多目标遗传算法NSGA-II对该模型进行了优化。以某翼子板为例,采用NSGA-II算法对其拉深工艺参数进行优化,得到一组Pareto解,选择其中一组参数进行数值模拟,结果显示零件具有较好的成形性,说明该方法具有较好的优化效果。     

板料拉深成形工艺参数的多目标遗传算法优化

拉深是板料冲压成形的关键工艺。拉深成形工艺参数优化是一个典型的多目标优化问题。该文在板料拉深成形数值模拟的基础上,确定了工艺参数多目标优化的待优化变量和优化目标,进而建立了优化数学模型,然后采用多目标遗传算法N SGA-II对该模型进行了优化。以某翼子板为例,采用N SGA-II算法对其拉深工艺参数进行优化,得到一组Pareto解,选择其中一组参数进行数值模拟,结果显示零件具有较好的成形性,说明该方法具有较好的优化效果。     

基于APDL的热冲压冷却流道优化研究

以汽车防撞梁零件为例,结合传热学与冲压成形相关理论,运用ANSYS进行热冲压冷却过程的仿真模拟,用上、下模具各个流道中心位置横纵坐标、流道半径等参数建立目标函数,利用APDL参数化设计方法对流道进行优化,计算求解出函数的最优解.优化前后的数值模拟结果对比表明,优化后成形件的温度分布更加均匀、应力分布情况得到改善,产品质量得到提高.     

基于克里金元模型的离心泵水力性能多目标优化

提出了拉丁超立方抽样、CFD数值模拟和克里金插值等方法,以离心泵叶轮轴面形状参数为设计变量,离心泵性能参数效率和必须汽蚀余量为优化目标,构建设计变量与优化目标之间的函数关系.并选取测试点进行CFD仿真,检验建立的近似模型预测精度,结果表明克里金预测值和CFD仿真值相符合.采用二代非劣分类遗传算法(NSGA II)在设计域上求解离心泵性能多目标优化问题,并得出其Pareto最优解集.采用映射法从最优解集中挑选出一个折中解,试制出与设计变量相对应的样机泵,并进行试验验证.试验结果表明克里金预测值和试验测试值比较一致.     

基于近似模型和数值模拟的连杆热锻成形工艺设计优化

提出了基于近似模型和数值模拟的设计优化方法.在利用有限元分析连杆热锻成形过程的基础上,以降低锻件成形过程中变形损伤为目标,以飞边槽形状参数为设计变量,采用响应面法近似模型建立了设计变量与目标函数的初始近似模型.在设计优化过程中,用近似模型代替实际的数值模拟程序,计算锻件内部的损伤值,对连杆热锻成形工艺参数进行了优化计算,取得了较为理想的效果.     

基于回弹控制的汽车横梁拉延成形工艺多目标优化研究

为研究工艺参数对板料成形及回弹过程的影响,文章以某汽车横梁为研究对象,结合均匀设计与响应面方法,建立等效拉延筋阻力与塑性变形裕度和板厚不均匀度之间的数学模型.采用多目标遗传算法对其进行优化,优化时综合运用并列选择法、最佳个体保留策略和基于小生境技术的共享函数法,获得Pareto最优解集,通过定义满意度函数选出了满意解;为验证优化结果的准确性,对满意解进行有限元模拟验证,结果表明,满意解下汽车横梁的回弹量得到有效控制.     

双尾鳍渔船船型的耐波性试验研究

本文分析了深、浅吃水双尾鳍渔船的耐波性模型试验（试验项目包括：流线试验；静水中自由衰减试验；横摇、纵摇、升沉试验；船艏垂向加速度测定；甲板上浪试验和螺旋桨出水频率试验），与实船在不规则波中的性能预报，及具有良好耐波性的球尾渔船进行比较。结果表明：浅吃水双尾鳍渔船船型具有良好的耐波性。     

基于计算流体力学方法的水线面大开口工程船阻力性能分析

运用计算流体力学（CFD）方法对工程船由船体水线面大开口所引起的船体阻力性能变化进行了分析.通过对某水线面大开口型工程船系列模型的黏性绕流进行数值模拟,得到在低航速下水线面大开口型船舶船艏开口纵向和横向尺寸变化,船艉开口纵向和横向尺寸变化以及艏艉开口相互作用对船体阻力性能的影响,为改善此类船型的船体阻力性能提供了参考依据.