船舶与海洋工程专业虚拟仿真实验平台建设及教学策略探究

随着我国现代教育事业的持续发展,高校也进入了教育改革的全新阶段。在各种现代信息技术的支持下,我国高等教育改革取得阶段性成就,同时各种现代信息技术在教育领域中的应用价值也得到体现。其中虚拟仿真技术具有较强的模拟性,在实验教学中发挥巨大的影响,解决传统实验教学无法解决的诸多问题。船舶与海洋工程专业主要培养适应我国海洋工程发展的高水准专业型人才,通过实验能够有效培养本专业人才的创新能力、实践能力、问题解决能力,使其更好地适应行业发展。基于船舶与海洋专业实验教学中存在的诸多不足,该文将对虚拟仿真实验进行概述,虚拟仿真实验在船舶实验教学中的应用优势,整合传统实验模式中存在的问题,站在虚拟仿真实验平台建设和虚拟仿真实验教学两个方面提出实践教学策略。

面向新工科建设的校企协同育人模式探索

随着高等教育改革的持续推进,校企协同人才培养已经成为新时代高等教育改革的主要方向。在新工科背景下,对学校人才培养提出了更加严格的要求,建立产教融合的校企协同育人机制是适应新一轮产业变革的必要前提。校企“双主体”育人模式能够充分发挥学校与企业在全过程育人中的优势,体现校企双方在人才培养中的地位,保障人才培养质量。以武汉理工大学学校船舶与海洋工程专业本科教学为例,对新工科建设与校企协同育人模式背景进行分析,提出了新工科背景下校企协同育人模式的实践途径,以期为本专业人才培养提供可靠的依据。

基于信息矩阵的动态嵌套Kriging模型在船型优化中的应用研究

本文提出一种基于信息矩阵的动态嵌套Kriging模型的构建方法。该方法利用高斯函数信息矩阵,提取加点子空间,利用增量拉丁超立方进行自适应采样,同时为应对采样过程中因样本分布密集而造成的全局近似模型在某些局部空间过拟合的问题,在加点子空间中构建局部近似模型,用于准确地描述局部目标解空间。最后通过数学函数对该方法的有效性与鲁棒性进行验证和分析,并将其应用于S60船型优化中。

基于船体空间点云的自由曲面变形方法

以空间点云为基础,结合FFD自由变形方法对空间点云进行坐标变换,再通过逆向工程中NURBS技术对点云进行曲面重构,从而建立适用于船体几何的变形技术。首先阐述FFD算法的基本原理和变形规则;然后以Bernstein多项式为基函数构建数学模型,研究控制点数量对变形结果的影响,探讨FFD技术在船舶上应用的优缺点;最后以KCS运输船为例完成局部(球鼻艏)变形与船体整体变形并生成适用于CFD软件计算的光顺曲面,研究结果为后续的船型优化提供了良好的变形工具。

双尾船尾型参数对阻力和伴流的敏感度分析

文中基于Sobol′方法研究了双尾船尾型参数对阻力性能和伴流质量的敏感度.以双尾3300 m 3LPG运输船作为研究对象,基于参数化模型,确定特征参数及其变化范围.进行阻力和桨盘面伴流均匀度的CFD数值计算,构建近似模型用于敏感度分析,得到对阻力性能和桨盘面伴流均匀度影响显著的设计参数.

基于iSIGHT的船舶多学科综合优化集成平台的建立

传统船舶设计方法无法兼顾各学科之间的协调平衡,也无法使所设计船舶的系统综合性能达到最优.因此,提出将多学科综合优化技术应用到船舶设计当中是解决上述问题的有效途径.在介绍ISIGHT软件的功能特点基础上,利用ISIGHT软件经二次开发将船型参数化调和模块、静水力计算及输出模块、性能计算模块集成在一个平台上,初步建立了对船舶主尺度及线型优化的多学科综合优化集成平台.以集装箱船的优化为例对该平台进行了验证.

多学科设计优化技术在船舶初步设计中的应用

首先阐述了船舶的设计过程,指出传统的船舶初步设计是一种串行的设计模式,即是先确定主尺度,然后根据主尺度确定船型。这种设计模式通常只能得到一个满足各指标要求的可行解,而得不到全局最优解。将多学科设计优化技术(MDO)应用到初步设计阶段,将主尺度的确定与船型变换并行考虑,使主尺度的确定充分利用后期船型变换的信息,可实现全局最优的设计。最后,本文以油船的优化为例进行了验证。

船舶CAD/CFD一体化设计过程集成技术研究

传统的船型设计中,CFD大多用来检验CAD的设计结果,而不是用来驱动产品设计.两者基本上处于"孤岛"状态,没有实现有机的集成.为使CFD更好的服务于船舶总体设计,实现船舶CAD/CFD的一体化优化设计,需要针对现有的计算软件和设计模式,利用集成优化平台进行流程集成及数据集成.文中采用集成优化平台iSIGHT初步实现了船舶三维建模软件、CFD计算分析软件之间的数据集成和过程集成.

基于船型修改融合方法的参数化建模技术

为实现船体型线的优化,在船型NURBS表达的基础上,提出2种基于CAD/CFD船型优化流程的不同参数化建模方法.一种是直接以NURBS的控制顶点坐标为变量,实现船型的参数变换;另一种是以母型为基础开发船型参数化融合模块,实现船型的参数变换.利用iSIGHT软件,采用这2种参数化建模方法优化某集装箱船球鼻首部分.结果表明:船型修改融合方法是具有工程实用价值的参数化建模方法.

一种新的曲面修改方法在船型优化中的应用

为实现基于CFD的船体型线自动优化,船体型线的参数化建模及修改起着至关重要的作用。论文提出了一种新的组合函数修改船体曲面的方法,该方法充分利用了融合函数及全局变换函数两类船体曲面修改方法的优点,实现了船体曲面的大范围变形,并保证了船体曲面的光顺性。将该方法与CFD技术及优化算法成功结合,直接应用于1300TEU集装箱船的型线优化设计,最终获得给定约束条件下的优化型线。结果表明,论文所提出的组合函数修改船体曲面的方法是可行的,具有一定的工程应用价值。

船舶CAD/CFD集成优化接口开发及应用研究

为实现船舶CAD/CFD的船型自动优化,数据集成是其关键技术之一.文章重点研究船型与阻力性能计算程序(Shipflow)之间的接口技术,开发了读取IGES文件的接口模块程序,实现了船型与阻力计算程序之间的数据自动提取.最后以实例进行了验证,初步实现了基于CAD/CFD的船型自动优化.该研究不仅仅开发了阻力性能的接口程序,也为船型与其主要性能计算模块之间的接口开发提供了技术途径.

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CFD的KCS船舶艏部型线优化研究

为实现基于CFD船体型线优化设计,开发了船体型线优化平台,并以KCS船为初始船型,对其艏部型线进行了优化。首先,重点介绍了径向基函数插值的基本原理及其在船体曲面变形中的应用;其次,将该方法与CFD软件及优化算法结合,开发了基于CFD的船体型线优化平台;最后,将该平台应用于KCS船的艏部型线优化设计,获得给定约束条件下阻力性能最优的船体外形。研究结果表明:基于径向基函数船体曲面修改方法是可行的,建立的船型优化平台具有一定的工程应用价值。

“船舶CAD”课程教学模式的剖析与实践

在"船舶CAD"课程教学中进行课程教学模式创新,对传统教学模式进行了剖析,指出其不足之处。总结现代教学模式的剖析与实践,提出了"多媒体型教学、项目结合型教学、任务驱动型教学及研究性教学"的观点,并对各类创新模式进行了探讨。

改进的径向基插值方法在船型优化中的应用

船体曲面变形是实现船型优化的前提条件,基于径向基函数插值的曲面变形方法适合于船型水动力性能优化的需要。文中主要对径向基插值中的支撑半径求取方法进行了改进,提出了支撑半径的动态求取方法,重点考虑了可变点的分布和坐标变化量对支撑半径的影响。在此基础上,将改进的径向基插值方法运用到本团队开发的船舶水动力性能多学科综合优化平台,以Series 60船型为研究对象,完成给定约束条件下的船型优化研究,证明该方法的可行性。

虚拟仿真技术在舰船研制评估中的应用研究

首先介绍了仿真技术、虚拟现实技术及虚拟仿真的概念;同时对虚拟仿真技术在国内外舰船研制中的发展作了阐述;最后用实例说明虚拟仿真技术在舰船研制评估当中的应用,并提出了以虚拟仿真为基础的舰船研制评估的系统结构。

舰船多学科综合优化设计计算环境研究

多学科综合优化设计(MDO)是当前复杂系统设计研究中一个最新、最活跃的领域,而多学科综合优化设计计算环境是MDO体系中较为活跃的研究内容之一。在对多学科综合优化计算环境特点分析的基础上,结合国外舰船研制领域中MDO的典型应用,提出了适合我国舰船研制模式的MDO计算环境体系结构,可为舰船MDO的研究方向提供有力的参考。

基于PDM的舰船研制评估系统支撑环境研究

分析基于PDM系统的功能及体系结构,阐述了基于PDM系统并行工程的框架体系结构,并以实例说明了基于PDM的舰船研制评估系统支撑环境的建立。

基于CFD的船舶球首型线自动优化

在满足排水量及航速要求情况下设计出性能优良的船体型线,降低船体阻力、节能降耗是造船界一直所追求的目标。船舶球首的大小、位置和形状对船体兴波影响非常大,因此文章通过船型参数化融合方法,生成一系列球首型线,并以兴波阻力最小为目标,采用遗传算法实现球首型线的自动优化。将上述方法应用于某集装箱船球首型线的自动优化,并进行船舶静水阻力实验,实验表明优化船型在设计航速附近总阻力降低明显,说明文中采用的基于CFD船型自动优化方法是可行的。

近似技术在船型阻力性能优化中的应用研究

船体型线优化过程中,通常要利用高精度的CFD软件对船舶的相关性能进行数值求解。这将耗费大量的时间,导致船型优化效率降低。为有效提高船型优化的效率,提出将近似技术应用于船型自动优化中,以代替CFD数值求解。探讨了样本点选取、样本集形成及近似模型实现途径等问题。以一艘1300TEU集装箱船的线型优化为例,构建船体兴波阻力的Kriging近似模型,并将其应用于球鼻首的优化中。计算结果表明,基于Kriging模型的船型优化是一种实用而且有效的方法。