基于STL模型的船舶吃水转换功能实现

提出一种基于船舶外壳STL模型及S-H多边形剪裁算法的船舶吃水转化方法。根据船舶设计部门提供的船舶STL模型,用船舶六面水尺所在的平面切割STL模型,得到各个水尺的封闭多边形。根据船舶当前的载况计算出船舶的首尾吃水及横倾角,确定倾斜水线面的方程。基于S-H多边形剪裁算法,将各个水尺的封闭多边形和水线面求交即可计算出六面吃水。以6.4万吨散货船"Spring Cosmos"和25万吨矿砂船"Shandong Ren He"为例进行实例计算,和船舶设计软件NAPA计算值相比,绝对误差都在1 cm左右,证明上述方法的正确性。实验表明:算法计算精度较高,通用性好,适用于船舶任意载况,具有一定的工程实用价值。     

基于STL模型的船舶吃水转换功能实现

提出一种基于船舶外壳STL模型及S-H多边形剪裁算法的船舶吃水转化方法。根据船舶设计部门提供的船舶STL模型,用船舶六面水尺所在的平面切割STL模型,得到各个水尺的封闭多边形。根据船舶当前的载况计算出船舶的首尾吃水及横倾角,确定倾斜水线面的方程。基于S-H多边形剪裁算法,将各个水尺的封闭多边形和水线面求交即可计算出六面吃水。以6.4万吨散货船“Spring Cosmos”和25万吨矿砂船“Shandong Ren He”为例进行实例计算,和船舶设计软件NAPA计算值相比,绝对误差都在1 cm左右,证明上述方法的正确性。实验表明：算法计算精度较高,通用性好,适用于船舶任意载况,具有一定的工程实用价值。     

一种船舶最小稳性和自由浮态计算的改进算法

船舶最小稳性计算通常是引入最小功原理建立优化模型,利用函数极值条件将其转化为求解一个隐式非线性方程组。通常,采用逐次线性化方法求解该方程组,但其中关键问题是Jacob i矩阵的求解。对于传统算法,Jacob i矩阵中各项的计算公式繁琐,不易推导;公式中还需要不断重复计算船舶的水线面要素,不但计算工作量大,而且影响计算结果的精确度和稳定性,且不易编程。引入差商代替导数的思想来求解Jacob i矩阵,既避免了船舶水线面要素的求解,简化了计算,又提高了算法的可靠性,且便于编程实现。通过算例中计算结果的比较,可看出这一算法收敛速度快、计算结果准确,且适于破损稳性计算。船舶自由浮态计算实质也是求解一个隐式非线性方程组,故同样可用这一方法求解。     

一种船舶吃水差的精确计算方法

此文通过分析纵倾状态下船舶吃水差传统计算方法中的误差，提出了一种适合于纵倾，特别是在较大纵倾状态下船舶吃水差的精确计算方法，该方法通常可以在具备一定船舶资料的条件下采用，也可以在船舶装载软件的设计中采用。     

基于ANSYS平台的散货船风载荷计算方法

为了评估散货船在突发性大风下的安全情况,研究采用计算流体动力学方法对船舶的风载荷进行仿真计算。文章基于船舶的二维图纸建立三维模型,应用ANSYS平台的Fluent仿真模块对三维模型进行网格划分,形成有限元模型。对在不同风速、不同吃水、不同风向角下的船舶有限元模型进行仿真计算,获得不同工况下船舶的风载荷数值。仿真结果为散货船抗风等级提供依据,也便于发现散货船受力的薄弱环节,为船舶的设计建造提供参考。     

基于图像分割的船舶吃水深度检测方法

针对传统的船舶吃水深度检测方法精准度低的情况,提出基于图像分割的船舶吃水深度检测方法。以得到精准的舰船吃水值为出发点,采集舰船吃水图像,并进行动态模板匹配,减少舰船晃动对吃水深度检测的影响,在此基础上,对船舶水尺图像字符进行校正,计算吃水线位置,得到舰船吃水深度,以此实现船舶吃水深度检测。实验对比结果表明,此次设计的基于图像分割的船舶吃水深度检测方法比传统的吃水深度检测精准度高,具有一定的实际应用意义。     

现行荷载规范船舶排水量和受风面积的曲线拟合

对港口工程荷载规范2010版中75%保证率下的船舶排水量和受风面积进行了曲线拟合,计算结果与规范计算结 果基本一致,表明了所提出的拟合曲线适用于不同船型的船舶排水量和受风面积计算,为规范中未包括的船型排水量和受 风面积的计算提供了一个更趋于合理、简便、精确的新方法。     

吃水受限内河船舶航行性能综合优化的分层并行混沌算法

船舶航行性能综合优化设计分析是一项非常重要的工作。基于分层思想、并行算法和混沌算法,建立了吃水受限内河船舶性能综合优化的数学模型,设计了一种求解此类问题的基于敏感变量分段的分层并行混沌复合算法。编制了界面友好的VC＋＋软件。对于吃水受限内河船舶快速性和操纵性综合优化问题,进行了遗传算法、混沌算法、并行混沌算法和分层并行混沌算法的大量优化计算,结果表明：该复合算法计算可靠、效率高;为吃水受限内河大型船舶综合优良船型设计奠定了良好基础。     

关于船舶受风面积计算方法的探讨

《港口工程荷载规范》(JTS144—1—2010)中,根据主要船舶类型和不同船舶吨级,直接给出了船舶受风面积的计算表,通过2010年版和1998年版荷载规范中船舶受风面积计算方法的对比,阐述计算方法调整的必要性,并针对2010版荷载规范未能覆盖的大吨级船舶受风面积的估算提出替代方法。     

基于连续图谱的船舶吃水及纵倾优化

为解决船舶压载工况下的配载吃水和纵倾优化问题,对船舶压载工况的营运特点进行分析,给出考虑船舶吃水、纵倾、航速及主机功率等因素的多目标问题优化模型;针对大量离散试验和计算数据难以有效分析及优化求解的问题,提出基于空间二元拉格朗日插值算法的吃水、纵倾、主机功率三维连续图谱构建方法,并选取一艘典型散货船,通过图谱优化计算输出其最佳工况参数;最后通过实船海试验证该研究的有效性和实用性。     

通航船舶吃水检测设施及检测数据处理

研制了一种可以检测船舶吃水深度的检测设施,能够获取船舶实时吃水数据。介绍了船舶吃水检测设施的设备组成和工作机制。船舶吃水检测设施工作环境复杂,选取了一套合适船舶吃水数据过滤处理算法,消除工作环境对设施带来的影响。根据现场实测船舶吃水数据,对检测设施精度和吃水数据处理算法进行了验证。     

基于三维设计数据的船舶湿面积计算

为提高船舶湿面积的计算精度,提出一种基于三维设计数据的湿面积船舶计算方法。首先通过CGAL几何算法库中的切片模块按肋位切割船体型表面,得到每个肋位处横剖面的型值数据;然后根据船舶工程中常用的平均板厚模拟船壳厚度,提出“型值等距平移法”进行等距偏移,得到各横剖面处的外板数据;再通过水线面和外板数据求交得到水下部分横剖面,最后利用纵向积分计算出船体湿面积。以散货船“SHANDONG REN HE”为例进行了实例计算。结果表明,和装载手册值相比,本文算法的最大误差为0.0422%。相比传统计算方法,提高了船舶湿面积的计算精度,适用于任意浮态,且实时性较好,具有一定的工程应用价值。     

小水线面船水动力特性试验研究

从受力分析出发,作了5条小水线面双体船约束模型水动力试验研究,并与拖曳船模试验结果作了比较,两者之间有较好的一致性。根据试验结果,分析了在约束情况下的小水线面双体船的水动力特性,认为约束船模试验是从船舶水动力特点去研究中低速下小水线面双体船的航行姿态和稳定性能的一种有效手段。并可为小水线面双体船的3维流体力学理论计算,性能预报模型提供验证,修正基础依据。文章并提供了一种依据试验方法去确定小水线面双体船姿态控制鳍面积的方法。     

基于图像处理的船舶水尺计重系统设计

为克服传统人工观测法易受到观测者经验和海浪影响的不足,设计以数字图像采集和处理为核心的船舶水尺计重系统,借助爬壁机器人接近船舶水尺采集高清图像,利用神经网络算法实现水尺数值化,并利用彩色图像分割算法对吃水线进行识别,通过比较吃水线在数字化水尺字符上的位置实现吃水深度的自动判定。实验结果表明,单幅图像中吃水深度的最终计算精度可达1 mm,并可通过求取连续多幅图像的平均吃水深度来降低波浪造成的影响。     

基于GPU并行的液货船破损浮态计算

为了提高液货船破损浮态计算性能,提出一种基于图形处理器(graphics processing unit,GPU)的船舶破损浮态并行计算方法。通过对船舶三维模型切片,然后对所有切割肋位横截面做等距偏移和简化,得到船舶外壳和破损舱室的外板离线数据。在GPU中进行船舶外壳、破损舱室和水线面的求交计算。然后对雅可比矩阵系数分类进行并行计算,将计算得出的雅可比系数送回中央处理器(center processing unit,CPU)中求解船舶破损浮态方程。通过计算两种载况下的破损组合,与直接使用CPU计算相比,在保证计算精度的前提下,计算速度可提高9～14倍,有效提高了液货船破损浮态浮态计算的实时性。     

基于参数化船模的静水力计算

船舶静水力要素全面表达了船舶浮性和稳性随吃水而变化的规律,能够综合反映船舶的静力性能。传统的二维计算方法过程较为繁琐,且计算结果精度受横剖面个数的影响。本文应用数学型线法和三维参数化建模方法,快速生成船体型线,精确构建附带属性和边界条件的船舶三维模型,通过对CATIA软件进行二次开发,将三维设计和静水力计算有效集成,提出基于船舶三维参数化建模的静水力计算方法,可以直接计算和获取其静水力要素,操作简单,结果可靠,具有较强的实用性。     

复杂形状船体剖面水动力系数计算方法研究

基于势流理论的源汇分布法适合计算双体船,小水线面船等特殊形状的剖面,对常规船型的计算精度满足工程精度要求,但对粘性效应较明显的非常规船型计算精度较差。文章借助计及粘性效应的CFD软件Fluent,模拟物体在水池中作受迫振荡,采用RANS方法计算复杂形状船体剖面的简谐振荡力,对该力的拟合分解可以得到水动力系数。通过对首部形状较复杂的船型纵向运动预报结果比较表明采用RANS方法计算剖面水动力系数由于考虑了粘性效应,对阻尼系数计算更符合实际物理特征。因此对粘性影响较大的复杂船型文中提出的方法优于常规势流算法。     

基于机器学习的船舶吃水动态检测系统设计

传统的吃水检测系统存在检测抗扰性差的弊端,为了解决传统检测方法的缺点,动态检测系统得到应用。设计基于机器学习的通航船舶吃水动态检测系统,基于机器学习技术,在现有激光测量器上利用DSP测量技术,构成DSP激光多点测量单元,完成硬件单元构建。采用NPS多波束声呐图源滤波算法,对硬件采集图像做多波束滤波运算,完成图像滤波运算,解决对检测抗扰性差的问题。对比实验证明,提出的基于机器学习的通航船舶吃水动态检测系统设计,能够准确、实时、动态、自主检测船舶吃水数据。各项测试结果均优于传统吃水检测系统。     

非线性规划法计算船舶稳性

船舶自由纵倾状态下的稳性曲线计算，最后归结为使消耗在倾斜船舶的功为最小，满足等排水体积约束条件的优化问题。运用非线性规划法中的惩罚函数法作为优化计算方法，与通常采用的拉格朗日乘子法相比，公式推导简洁，而立每一次迭代计算只需计算水线面以下的排水体积及浮心坐标，不需要计算水线面上的面积、漂心、惯性矩等诸要素，减少了计算量，反映了问题的本质。通过对60000吨油船在各种载况下稳性曲线的计算，证明了该方法可行实用。     

基于图像检测的船舶特征提取算法优化

传统船舶特征提取算法,无法完全对船舶特征进行提取,存在精度不够、无法有效提取特征点等问题。为有效解决此问题,提出基于图像检测的船舶特征提取优化算法。计算不同波段下船舶图像的灰度值,依据灰度值结合霍夫曼及分裂排序编码构建船舶图像特征提取示意图;设计基于图像的船舶特征点检测提取模型,确定图像中船舶特征点相关性。依据相关性进行船舶特征点的有效提取,并利用图像特征提取,完成船舶特征提取的优化算法,设计对比实验结果表明,改进后方法与传统方法相比,大幅提高船舶特征提取的准确性。