基于非线性规划法的实用船型首部优化设计方法

为了得到阻力性能优良的实用船型,以线性兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法探讨最小总阻力船型的优化设计方法.以总阻力为目标函数(其中兴波阻力采用Michell积分进行计算),船体表面型值为设计变量,排水量不减为基本约束条件,再考虑实用船型的附加约束条件,对船体首部形状进行优化研究,得到改良船型.对优化前后的船型再利用Rankine 源法进行兴波阻力数值计算,进一步评估优化后的降阻效果.最后给出了实际船型(集装箱船)的优化计算实例,明显的降阻效果证实了本优化设计方法的可靠性.     

基于遗传算法的最小阻力船型优化设计

遗传算法是一种全局最优化算法,它能够克服传统优化方法的缺点和不足,从而获得全局最优解。因此,为了获得阻力性能更好的优良船型,将遗传算法进行适当改进并用于船型优化中,进行最小阻力船型优化设计,以非线性兴波阻力理论(Rankine源法)为基础,利用遗传算法并结合CAD技术进行船型优化设计。在优化过程中,把总阻力作为目标函数,设计变量取船型修改函数的参数,确保排水量为基本约束条件下,对船体前半体型线进行优化研究。选取某高速巡逻艇作为初始船型进行优化计算,获得的最优船型总阻力降低了13.1%,兴波阻力降低了21.7%,表明遗传算法用于船体线型优化设计是行之有效的。     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW软件为计算工具,利用CAD-CFD集成平台FRIENDSHIP-Framework软件进行变形优化,研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法,并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况。在型线优化过程中,以兴波阻力系数为目标函数,排水量变化范围为约束条件,在Wigley船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量,利用DOE方法对船艏进行优化,获得了设计航速下兴波阻力较小的船型,验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性。相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明:在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示:在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力。与此同时,由于优化前后船体湿表面积变化很小,粘性阻力的变化并不明显,兴波的减小则使得总阻力得到了改善。     

基于线性兴波阻力理论的三体船中体船型优化

提出将线性兴波阻力帐篷函数法推广应用于三体船的方法。推导出确定侧体构型下的三体船线性兴波阻力帐篷函数法表达式及其中体船型优化的二次规划法计算模型。按该方法对数学三体船和工程应用三体船算例进行兴波阻力计算,将计算结果与模型试验结果进行对比验证,结果表明该方法计算三体船兴波阻力具有足够的精度。采用基于此兴波阻力表达式的中体船型优化二次规划法计算模型,对上述工程应用三体船中体船型进行了兴波阻力减阻优化计算,结果表明中体船型优化获得的兴波阻力减阻效果约达10%。     

用tent函数计算兴波阻力及优化船型问题

本文用理论方法计算了兴波阻力和改良船型的型值。理论计算可分下列两种情况: (1)对基本船型的水线迭加曲线薄船函数以计算其对应的改良船型。 (2)对基本船型的曲表面迭加曲面薄船函数以计算其对应的改良船型。 本文利用C.C.Hsiung提出的用tent函数方法计算兴波阻力。用SUMT混合罚因子优化技术计算改良船型的型值。 本文以y=(1-x~2)(1-z~4)数学船型和Series 60实用船型为基本船型,用tent函数方法对它们进行了兴波阻力计算,并且与其它兴波阻力计算方法进行了比较。本文还以上述两种船型为基本船型进行了改良船型的计算,并且得到了与它们相应的理论改良船型。     

超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化。文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能。优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-II)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型。结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求。     

超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化.文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能.优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-Ⅱ)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型.结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求.     

基于Operational Profile的牲畜船型线优化研究

文章利用CAESES和SHIPFLOW软件组成的优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法通过参数化建模技术实现船型的自动变换,并通过遗传算法结合兴波阻力系数的势流计算对最佳阻力船型进行搜索。以某牲畜船为研究对象,通过该优化平台对考虑实际航行工况(operational profile)下阻力最佳的直艏和隐形球艏设计方案分别进行了最优值搜索,最后通过RANS方法计算总阻力并对优化结果进行验证。研究结果表明,提出方法优化后的两种船型总阻力均降低明显,说明选用的船型自动优化方法是可行的。     

基于变复杂度方法的船舶型线优化

介绍变复杂度方法的基本原理,给出变复杂度的优化框架;以克里索集装箱船(KCS)船舶兴波阻力为目标,采用变复杂度方法对KCS艏部型线进行优化,得到兴波阻力下降的船型,并对优化结果进行对比分析。结果显示,变复杂度方法的计算结果具有一定可靠性,可显著提升船型优化效率,具有一定的工程实用价值。     

非线性规划法的最小阻力船型研究设计

以往采用模型试验方案缺少对阻力函数分析,导致设计效果较差。为了获得阻力性能优良船型,利用非线性规划研究最小阻力船型。以兴波阻力、粘压阻力和平板摩擦阻力之和的总阻力为目标函数,设计变量,以此修改船型参数。设置基本约束条件,结合最小阻力船型优化流程,分别对改良后的横向剖面和线型进行分析,由此完成最小阻力船型设计。以集装箱船为试验对象,对比分析模型试验方案和非线性规划方案船型所受阻力情况。由对比结果可知,明显降阻效果证实非线性规划方案更为合理。     

客滚船EEDI研究

能效设计指数(EEDI)对客滚船的要求于2014年4月的第66次环保会上给出。与常规船不同,客滚船属于定制型船舶,影响EEDI结果的参数众多,而且参数之间相互影响、制约。文章首先对计算公式做了详细分析,之后针对几型具有代表性的客滚船的载重量、航速、吃水、主机功率,分析其变化对EEDI的影响敏感度,得出国内航行及中韩航线客滚船当前的EEDI水平,并对如何有效地提高EEDI给出了合理的建议。此外,还对EEDI于客滚船的意义及当前规范存在的某些不合理之处给予了适当评价。     

一种新型复合舱壁结构的静力优化设计方法

针对一种新型的复合舱壁结构开展静力学分析和优化设计。首先求解了复合舱壁在横向载荷作用下的挠曲面近似表达式;其次将复合舱壁的屈曲解耦为钢板的屈曲和层合板的屈曲,并提出了两者屈曲载荷的匹配关系;最后,以重量最小为优化目标,开展了复合舱壁的静力学优化设计,建立了优化数学模型,并提出了优化流程：首先对层合板的铺层角度进行优化,然后根据钢板和层合板屈曲载荷匹配的原则,确定钢板和层合板的厚度,最后进行弯曲性能的优化,确定陶瓷绵的厚度。     

船舶光柴储交流微电网系统小信号的稳定性研究

针对容量有限、光储单元容量较低的中小功率船舶光柴储交流微电网系统的稳定性问题,提出基于光储逆变器的船舶光柴储交流微电网多级控制策略。建立由柴油发电机组模型、光储系统模型以及与网侧功率模型构成的船舶光柴储微电网系统的小信号模型,分析系统内控制参数对状态矩阵特征值的影响,获得船舶光柴储微电网系统的暂态稳定性,确定稳定域内控制器参数的选择范围。最终获得船舶电网电压和频率的仿真结果,为船舶光柴储微电网系统的稳定运行和控制参数的设计提供重要的理论基础。     

基于HLA的分布交互仿真系统VV&A技术研究

HLA作为一个新的仿真技术框架,较DlS系统更具有灵活性、可扩充性、互操作性和可重用性,因此更适合于建立大型复杂分布交互仿真系统,对HLA系统的校核、验证和确认技术对于提高仿真系统的置信度显得尤为重要.介绍了HLA系统的标准开发过程模型FEDEP,讨论了覆盖于FEDEP上的VV&A九步过程模型,分析了VV&A活动与联邦逼真度评估的关系.最后进行了总结.     

半无限开敞水域船舶水动力系数问题研究

在解决三维浮体靠泊的水动力问题时,正确处理浮体和壁面之间的相互作用是分析计算的关键所在。文章运用边界元法和叠加格林函数法对箱型浮体的靠泊问题进行求解,通过与SESAM软件对比分析浮体水动力系数的结果,验证这种方法编写的程序计算结果的精确度。并通过改变浮体与壁面之间的距离,计算壁面对三维浮体的影响,并对计算结果进行分析。     

基于Monte-Carlo仿真的可修产品任务成功率#$NL计算方法及应用研究

当产品任务维修性设计允许其在线维修且任务剖面的时间要求具有一定的弹性时,通过理论方法计算产品任务成功率的解析解存在较大难度。针对该问题,首先梳理并分析了相关概念；然后,通过推理在线可维修产品完成任务时成功或失败概率事件过程,建立了基于Monte-Carlo仿真的任务成功率计算方法；最后,通过示例展示了方法的应用方向及有效性。     

水下管道连接器设计研究及应用

随着全球海洋石油天然气开发从浅水走向深水,由于潜水员下潜深度有限,海底油气管道的连接必须通过水下机器人代替潜水员完成此项工作。因此各种管道连接技术也越来越多地应用于海洋石油开发中。水下管道连接器作为一种重要的自动安装连接装置,涉及到机械、液压、材料、防腐、密封等各个方面,具有免潜水员操作、安装便捷、可靠性高等特点,可广泛应用于水下油气管道连接。本文对已成功应用于南海某气田中水下采气树跨接管连接的水平机械式管道连接器和水下管汇发球器连接的垂直液压式管道连接器,从密封结构、导向结构、锁紧结构的设计进行了深入的阐述,并在连接器样机型式试验、产品防腐、水下安装等方面也进行了详细的说明。     

某型推力滑动轴承的特点分析及改进方案

本文根据某型推力滑动轴承的结构特点,分析了在使用过程中存在的优点和缺点,提出了为提高其综合工作性能对其结构进行改进的具体方案。     

远海作业锚泊定位大型抓斗船时域耦合分析

在环境复杂、作业水深较大的远海开敞海域进行作业时,大型抓斗船需采用锚泊定位方式,且船体运动响应受风浪影响较大。同时,在抓斗提升和旋转过程中,抓斗运动速度快,提升质量大,抓斗出水时全船所受载荷发生瞬时变化,加上复杂环境载荷的作用,对船舶安全具有很大影响。以适用于远海开敞海域、采用锚泊定位方式的200m3级大型抓斗疏浚船为研究对象,建立了船舶的水动力计算模型,对其运动响应RAO和载荷RAO进行了计算分析。考虑船舶主体、抓斗及锚泊系统之间耦合作用的影响,对抓斗作业时提升和旋转过程中船舶运动响应和锚泊线张力进行时域动力分析,得到了该船动力载荷结果,为后续的设计工作提供基础。     

超大型油船溢油防护结构设计研究

介绍了超大型油船设置溢油防护结构的重要性,详述了溢油防护结构涉及的入级规范、国际公约、规则及其他相关要求,列举了油船常见的几种溢油防护结构型式,分析了它们的优缺点,总结了首、中、尾各区域溢油防护结构设计的相关细节和要求,验证了甲板面上被圈围起来的液体形成的自由液面对船舶初稳性高影响甚微,得出了溢油防护结构的设计需要在总体布置时有所考虑,在结构设计时进行细化的结论。