数学船型型线设计方法研究

在分析前人研究成果的基础上,对数学船型的吃水函数法提出了新的改进型的数学表达荛可调节的吃水函数,使这种方法不但能够应用于非球首船型,而且也能应用于球首和球尾船型,拓宽了其设计范围,通过两条实船的船型型线表达和设计,了本方法的正确性和实用怀。     

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。     

“海口号”车／客渡船型线设计分析

文中介绍了“海口号”车／客渡船双尾节能船型的特点及型线设计方法，讨论了纵中剖线形状、位置及尾轴间距等参数对船舶阻力和推进性能的影响及选取原则，以及实船试验结果．     

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.     

基于可视化编程环境的船型参数化融合与降阻优化研究

高质量的船型优化要求船型样本数量尽可能多.寻求一种高效率、高质量的船体几何重构方法在船舶设计初期具有重要意义.将船型融合技术与参数化相结合,提出一种基于可视化编程环境的船体几何重构方法,实现计算机依据设计变量自动生成大量船型样本的目的.通过在可视化编程环境下对若干船型样本进行快速阻力预报,选出了阻力性能优于母型船的船型.并设计出一套基于遗传算法的型线光顺可视化程序,解决了融合过程中型线的光顺问题,加快了船舶设计初期船型优化的效率,验证了基于可视化编程环境的船型参数化融合方法应用于船型优化的可行性.     

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.     

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.     

新型沙漏式浮式生产储油系统的概念设计分析

为了解决现有传统船型、圆柱筒型和棱柱型浮式生产储油系统(FPSO)的性能局限,提出了一种具有沙漏外形,并配有各种生产和生活功能模块的新型沙漏式FPSO.利用基于频域势流理论的边界元数值模拟和谱分析方法分析浮体在波浪中垂荡和纵摇运动性能,结合概率统计理论分析甲板上浪概率,采用变排水量法计算浮体的静稳性曲线.最后,与挪威Sevan Marine公司设计的圆筒形FPSO浮体模型和中海油公司设计的八角型FPSO浮体模型进行对比.结果表明,新型沙漏式浮体外形设计能够显著地提高FPSO的稳性和各项水动力性能,可以为深水油气开发提供一种有效的新型工程装备和解决方案.     

应用FLUENT软件优化船舶阻力性能

采用商业CFD计算软件FLUENT,粘性数值模拟绕一种复杂船型--带球鼻般艏和双艉的丰满船型的流动,通过流线显示辅助改进了船体外形,改善了船体的阻力性能.研究了船型改进前后艉部隧道中纵剖线所处平面的流线分布和船舶总的粘性阻力系数,结果表明改进后的船舶的摩擦阻力系数与ITTC阻力系数公式的计算结果自洽,验证了数值计算方法的正确性和有效性.     

连续退火线平整机辊形优化

对连续退火线平整机的板形问题进行研究.通过实际生产数据的统计分析,基于减小有害接触区和增强弯辊力调控功效的思想,利用影响函数法下的辊系弹性变形计算提出了相应的平整机支持辊辊形优化目标.采用分层序列法处理多目标函数,并通过混合遗传算法进行求解,设计出新的辊形配置方案.使用二维变厚度理论建立辊系有限元模型,对辊缝横向刚度、弯辊力调控功效进行计算校核.将研究结果应用于实际生产,改善了平整机的板形控制效果,降低弯辊负担.     

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.     

用最优化计算方法进行型线光顺优化设计

通过对某些特定舰船型线光顺设计问题的数学分析，建立了型线光顺设计问题的数学模型，提出了用约束最优化计算方法进行型线优化设计，并通过混合罚函数和增广Lagrange乘子法这两种最优化计算方法的对比，验证了增广Lagrange乘子法的优越性。     

多体船型完整稳性计算

多体船的设计概念是通过采用大长宽比的主船体来有效减小波阻力，而由此带来的稳性损失由两侧片体来弥补，采用静力学方法对多体船横倾状态下的受力情况分析，建立了多体船完整稳性的计算模型，以一多体船方案为例进行完整稳性计算，分析了侧体跨距、排水量等参数对静稳性臂的影响以及静稳性曲线的特征，并对不同形式多体船的稳性特征进行了比较，分析显示，多体船的横稳性主要受到侧体的排水量和横向位置的影响，初稳性计算结果的适用范围小于单体船。     

在极限约束条件下船型的UV度改变

将船体型值表示成ＵＶ度的变换函数。在极限约束条件下通过ＵＶ变换来产生一系列新船型。通过对几艘实船的船型ＵＶ度变换，说明了该方法的先进性和实用性。     

五体船侧体布局对纵向运动性能的影响

针对五体船前后侧体的不同位置，分析了侧体布局对五体船纵向运动的影响.采用Rankine面元法计算了五体船在规则波中前后侧体12种布置方案下的纵向运动响应RAO，分析了前后侧体纵向、垂向位置变化对船体运动的影响规律.考虑非线性因素，在非规则波中计算了五体船运动响应时历，比较了高、低航速时侧体位置变化对运动响应有义值的影响特点.分析结果表明：五体船前后侧体布局对运动的影响与航速密切相关，后侧体在低航速时靠近船中布置、高航速时靠近船尾布置更有利于减小船体垂荡运动；通过降低前侧体垂向高度和靠近船首布置有利于减小五体船垂荡和纵摇运动.     

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。     

一个预测船体寿命期的方法

把营运船舶的船体剖面模数看做受蚀耗影响的随机变量，基于随机变量函数线性化提出一个简单方法。该方法能够根据构件蚀耗率统计数据估算不同船龄船体剖面模数的平均值和标准差，并且能够根据定义的剖面模数极限值预测船体寿命期。计算了四条船蚀耗后剖面模数，数值结果表明蚀耗后剖面模数对其平均值离差很小。另外，试算了四条船的船体寿命期．     

面向最终用户的船体静,动力分析软件

介绍了一种面向最终用户的船体静、动力分析软件——ＳＤＡＳＨｆｏｒＷｉｎｄｏｗｓ．该软件基于船体阶梯形薄壁有限元模型,采用薄壁杆件理论计算船体剖面的弯曲和扭转特性,并计及横向抗扭箱、横向甲板条等横向抗扭结构对船体刚度产生的影响．软件能根据各主要船级社的规范计算出船体弯扭合成应力,还可进行船体静挠度和振动模态分析计算．     

波前法网格生成中最后剩余多面体的剖分

在利用推进波前法实现三维网格自动生成中，在网格生成最后阶段，不可避免地遇到波前三角平面找不到相应顶点，而导致不能生成新单元的困难。本文通过将剩余多面体与之相临的四面体单元合并，或者移动剩余多面体某个顶点的方式，给出了解决方法。     

船体梁剖面要素变异性计算

考虑到船舶结构的型材面积、板厚、构件位置和材料弹性模量中不确定因素的影响,介绍了船体梁剖面要素变异性计算。计算采用随机函数线性化方法,对此直接运用导数的数学概念推导剖面要素的偏导数,而不是用解析式表达剖面要素。最后给出一个油船中剖面计算实例,并研究不确定因素对中剖面要素变异性的影响.