基于径向基插值的曲面变形方法在船型多目标优化中的应用

在船体型线优化中,精确有效的船体曲面表达和变形技术在优化中起着重要的作用,文中研究基于径向基插值的曲面变形方法在船型多目标优化中的应用,采用基于径向基插值技术的船体曲面变形方法,以DTMB5415船型为研究对象,结合计算流体力学计算工具和多目标粒子群算法,以兴波阻力最小为优化目标,完成了不同弗劳德数(Fr)下的船舶阻力性能优化.在优化结果中选择3条典型船型进行分析:Fr为0.41时方案1较优,兴波阻力减小了18.83%;Fr为0.22时方案3较优,兴波阻力减小了49.66%;Fr为0.28时方案2为折中方案,兴波阻力减小了30.23%.优化结果表明,基于径向基插值技术的船体曲面变形方法可有效产生光顺的船体型线.     

基于横向函数法的船体型线设计方法

船体型线设计是船舶设计过程中的重要环节.在对各种现有的基于数学船型表达的型线设计方法进行优缺点比较的基础上,提出了基于横向函数法的船体型线设计方法,即先用数学函数表达纵剖线,然后沿宽度方向将变化的纵剖线的参数表达为横向的函数关系,并举例对该方法的实用性及局限性进行了分析.经研究认为可以使用横向函数法解决型线设计中的某些特殊问题,如不对称船型和破损船型,将其与现有方法配合使用可以更好地进行型线设计.     

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.     

数学船型设计及其三向光顺性

本文论述了“典型横剖面法”及船体曲面光顺性的某些条件。这方法能产生三向光顺的船体曲面,而且船舶设计人员用这方法能灵活地调节船型参数和改变船体形状。     

单体高速船的推进功率计算

为单体高速船在初步设计、方案设计和技术设计阶段提供了基于船体主要参数，船体主尺度和船型系数，以及船体型线的推进功率的计算方法，从而为船舶设计及其型线优化提供了相关的数学模型，对一船型系列试验结果的考核计算表明，不同功率估算方法所计算值的平均值，具有工程预报精度，可用于船舶设计与线型优化。     

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.     

基于自由变形技术的海上风电安装船减阻优化

通过提高海上风电安装船的快速性，可大大缩短海上风电项目的投入周期.如何在装载量不变甚至增大的情况下减小其航行阻力，是亟待解决的一个重点问题.基于自由变形(FFD)技术及计算流体力学(CFD)方法，对目标船型艉部型线进行优化，通过建立设计变量与总阻力的BP神经网络(BPNN)模型，清晰地展现出变量的相关关系，得出了阻力性能优良的船体艉部形状及型线设计方案.通过CFD方法对优化船型进行数值仿真，验证了优化流程的正确性及优化结果的可靠性，为风电安装船的全船型线优化提供了经验与技术支持.     

改进线性兴波阻力帐篷函数法及实船型线优化

针对线性兴波阻力帐篷函数法阻力计算及相应的船型优化方法不能反映实际船体对称面形状这一局限,提出一种定义在实际船体对称面上的船体曲面近似函数,将该船体曲面近似函数代入线性兴波阻力表达式,用该表达式与原帐篷函数法计算同一船型的兴波阻力系数,对比结果表明在多数速度区间内比后者更加接近试验结果.由此表达式建立以船体型值为变量的最小兴波阻力二次规划数学模型,此模型适用于任意给定的由曲线、折线围成的非矩形船体对称面区域,尤其适用于舰船前体及其球鼻首的优化.基于二次规划优化模型对仿DDG51船型进行一系列型线优化设计,在理论上获得了20%以上的兴波阻力减阻效果.     

基于Kriging代理模型的船舶水动力性能多目标快速协同优化

引入Kriging代理模型,对船舶兴波阻力、垂荡和纵摇运动幅值进行了多目标快速优化.优化过程中,以Rankine源非线性势流理论和三维频域面元法为基础,利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)并结合船体曲面修改函数对船体型线进行多目标优化设计,将高精度Kriging代理模型引入到优化进程中以解决迭代造成的耗时难题.数值分析结果表明:该优化方法能够使船型最优,在设计吃水、服务航速下有效减少航行阻力并提高耐波性能,且Kriging代理模型方法可以大幅提高船型优化效率.最后,基于雷诺平均(RANS)方程的计算流体动力学(CFD)方法对模型尺度λ为31.599的最优船型的阻力结果进行了对比验证,以证明优化结果的可靠性.     

变量化船舶型线表达与设计方法

基于变量化设计理论,提出船体型线的变量化设计模型,用于船舶型线的表达与设计.描述了使用该模型进行船体型线设计的计算机辅助设计(CAD)方法,其主要包括船体型线数据的管理、数学模型的定义,以及三维空间模型的建立和修改.用数学模型定义了型线设计各元素的位置信息和元素之间的拓扑关系,按照数学模型构建和修改三维空间模型,完成船体型线的设计.在船体型线的设计过程中,基于变量化设计模型对设计进行修改,能够实现型线设计方案的快速重构,避免重复设计,有效地提高了型线设计的质量和效率.通过使用船舶型线的变量化设计方法进行型线设计的实例,证明了该方法的实用性和先进性.     

基于阻力性能船体型线精细优化的CFD方法

根据基于阻力性能的船体型线优化方法的不同，在船舶设计中可以归纳成5个相应水平的优化程序。总结了基于经验或统计公式的船体尺度优化（零水平优化），应用CFD方法分别对裸船体型线、局部船体型线和附体型线进行的精细优化（1，2，3水平优化），以及通过模型试验完成的船体型线的最终优化（4水平优化）的研究成果。所采用的CDF方法分别为用厚边界层近似与积分方法、厚边界层近似与差分法以及部分抛物线近似与差分法求解N－S方程。4水平则是通过包括流场测量信息的模型阻力试验进行最终的型线优化。     

船体线型计算机辅助设计(CAD)

讨论了船体线型CAD中的数值方法和实施过程;按几何曲线光顾准则,提出了符合特征和控制要求修改型值的改进上下限法;给出了适用于大挠度型线数学光顺的分段三次参数样条迭代法.这些方法无论是对水线,还是对船艏、船艉型线都有很好的数学光顺效果.文中还提出了人机互助修改相对差分符号表的方法,该方法在三相光顺实施中是实用有效的.     

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...     

基于IPSO-BP神经网络的最小阻力船形优化设计

针对船形优化设计问题,为了克服主尺度与型线分开设计的不足,将主尺度与表征船体形状的参数联合组成设计空间来进行优化设计,同时以不同航速的船体阻力加权总和作为优化目标,引入IPSO-BP神经网络建立兴波阻力系数的近似预报模型,以主尺度和船形修改系数作为设计变量,以排水体积的变化量作为约束条件,分别利用遗传算法与模拟退火算法对Wigley船形进行了优化计算.计算结果证明了IPSO-BP方法建立兴波阻力系数近似模型的优良性能,得出的光顺合理的优化船形证明了该方法的可行性与合理性.     

船体线型最优化设计方法

为快速生成阻力性能优良船型,开发具有自主知识产权的船体线型优化设计程序,以总阻力为目标函数,以船型修改函数的参数为设计变量,在保证必要排水量条件下,建立基于非线性规划法的数学模型.选取某高速水面舰船为母型,分别对前半体的不同范围进行优化设计,获得改良船型的阻力性能和线型特点,并找出其中的变化规律,为新船型开发和船型优化提供理论基础和技术支持.     

在极限约束条件下的船型优化设计——最小兴波阻力船型

在极限约束条件下，基于船体型值（ｘ，ｙ，ｚ）与ＵＶ度的映射函数，用ＵＶ度俄为优化设计变量，以改进的Ｍｉｃｈｅｌｌ积分为目标函数，示得具有很好的协高性和工程光顺性的最小不人波阻力船型，通过对实船的ＵＶ度优化变换计算结果的分析比较，说明了该方法的先进性和实用性     

用计标机作船体线型设计

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。用在CJ709机上,产生一个船型约40秒钟。此方法可用于交互设计系统,使用者按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,还给出三艘用本文方法设计的船模的阻力试验结果。     

基于混合优化算法的船体线型优化设计

为了克服单一优化算法的缺点和不足,将遗传算法(GA)和非线性规划法(NLP)有机结合组成混合优化算法来优化船体形状,开发船体线型优化设计程序.在优化过程中,以Rankine源法计算的兴波阻力为目标函数,以船型修改函数的参数为设计变量,在保证必要排水体积的条件下进行优化设计.Wigley数学船型算例的计算结果表明,在优化效果和耗费时间上,混合优化算法的计算结果更优.该算法可为船舶初步设计阶段船体线型的选择提供理论基础和技术支持. 关键词：
混合优化算法; 遗传算法; 非线性规划; 兴波阻力; Rankine源法 中图分类号： U 661.1
文献标志码： A     

船体数学线型设计—纵向函数法

本文提出了用一种超越函数表示横剖线,并用形成一组横剖线,构造出光顺的船体曲面。在相同的船舶主尺度和船型系数条件下,通过一些形状参数灵活调整,可以迅速得到不同形状的船体线型,以供设计人员选择使用。文中还对形成横剖面面积曲线和其它纵向函数之间的协调配合提出了一种实用设计方法。最后提供了能较好表达水线、横剖面面积曲线的一种超越函数曲线簇图形。     

基于NURBS技术的船体几何重构研究与实现

为实现船体的几何重构,基于非均匀有理B样条(NURBS)技术针对DTMB5415船体几何重构展开研究。根据NURBS技术原理以及边界处理过程,求解过程结合非节点边界条件,采用一种无需型线切矢量的曲线控制顶点反算算法。利用C++语言编写的程序实现船体型线和船体曲面重构,分析了控制顶点和权因子特性对几何重构结果的影响,通过误差分析得出,复杂曲面重构最大误差为0.178 5 mm,验证了该算法的可靠性。并采用二分法、黄金分割法和斐波那契法对船体曲面与水面求交展开研究分析,结果表明二分法收敛速度更快。通过研究认为:该程序求解的NURBS技术对船体几何重构精度较好,且具有曲面变形、曲面拼接和曲面分割等功能。