基于非线性规划法的船舶浮态计算

提出了利用非线性规划法进行船舶任意倾斜状态下浮态计算的方法,建立了以总复原力臂的绝对值为目标函数,保证排水量等于重量为约束条件,吃水、横倾角及纵倾角为设计变量的优化数学模型.与传统的矩阵方法相比较,该法在每次迭代计算中不需要计算倾斜水线面上的各要素,只需计算倾斜水线面以下的排水体积和浮心坐标,使计算量大大减少.对60000t油船在各种装载状态下浮态的计算,证明了该方法的简便和可靠性.

破损船舶自由浮态计算

在船舶不沉性理论的基础上,叙述了船体计算坐标系和浮态参数的选取、角坐标变换、破损 船舶浮态计算的数学模型和水线下船体要素的定义. 在倾斜水线与船体表面求交点时,采用 坐标转换方法,并应用Green公式计算船体水线下和淹水舱的有效要素；简化了计算方法,提高 了利用Newton迭代法求解浮态平衡方程的收敛性和精确性,同时也方便了计算机软件的编程. 通过对实船的设计结果分析,证明了该方法的先进性和工程实用性.

遗传算法在船舶自由浮态计算中的应用

根据船舶自由漂浮的平衡条件,将自由浮态计算归结为多目标约束优化问题,并引入遗传算法(GA)对该优化问题进行求解.在船体曲面和甲板的非均匀有理B样条(NURBS)曲面表达基础上,应用GA算法,采用实数编码方式,对船舶自由浮态进行计算,在实践中对GA算法进行必要的改进,提高进化速度,并编程实现.通过对两条实船完整浮态和破舱浮态进行计算,并与传统方法的计算结果对比表明,用GA来解船舶自由浮态的方法是简单可行的.由于该计算是基于曲面表达的计算,故比二维表达基础上的计算更精确.与其他迭代方法相比,它不需要人为给定初始迭代点,只需给出船舶总重量和重心位置;设计变量直接取吃水、横倾角和纵倾角,不必预先计算倾角的正切值,使用方便.

散货船自由浮态计算简化方法

根据散货船特点探讨了一种面向工程应用的船舶自由浮态计算简化方法.在矩阵法的基础上,将7个水线面要素简化到4个,简化雅克比矩阵求解.采用全选主元高斯消去法求解线性方程组,以船舶浮态平衡方程组作为迭代终止条件,保证计算精度.以散货船"DOLCE VITA"及"RUI AN CHENG"为例进行了实例计算,对20个压载舱进行了20万次随机装载实验,验证了算法在有横倾下的收敛性和稳定性;对5个货舱进行了20万次随机装载实验,验证了算法在有纵倾下的收敛性和稳定性;对典型载况进行计算,和装载手册给定值相比,吃水差误差都在0.01m以下.结果表明:该算法只需计算任意倾斜水线面下的排水体积和浮心坐标,计算量较小,程序实现简单,实时性、鲁棒性较好,具有一定的工程实用价值.

结构气浮的力学特性研究

对结构气浮的静力和动力力学特性以及稳定性问题进行了研究。假设浮筒内的气体为理想气体 ,建立了气浮力的计算式 ;引进气浮力折减系数并结合试验 ,对气浮结构的动力学特性进行了分析 ;基于静力平衡 ,得到了非对称多体气浮结构的初稳性高参数的计算式。理论计算值和试验测算值吻合。提出的气浮力折减系数对气浮体的浮态、稳性和动力学特性都有很大的影响 ;气浮结构的稳性低于同等情况的普通浮体 。

基于加密型值表的船舶静水力特性精确计算

针对传统船舶静水力特性计算方法存在的不足,编写C++程序对加密型值表自动识别和读取,建立了船舶三维数据库。对实船正浮状态不同吃水时的各种静水力参数进行计算,与装载手册提供的数据进行对比和分析,说明了该方法的高精确性;运用坐标系矩阵变换和Sutherland-Hodgman剪裁算法计算任意浮态下船舶排水体积和浮心,与装载手册中提供的纵倾数据相比较,验证了该计算方法的正确性与通用性。

基于NURBS表达的船舶静水力特性精确计算

在船体曲面NURBS表达基础上,对船舶静水力特性参数进行精确而全面的定义,并结合平面与曲面求交算法和基于曲面表达的几何特性计算方法,对各静水力特性参数进行计算。这种方法不仅适合于传统的静水力特性计算,又适合于任意浮态下的静水力特性计算。对实船正浮状态下的静水力特性进行计算,与传统方法的计算结果进行对比和分析,说明了该定义方法的通用性和实用性;对倾斜状态下的静水力特性进行计算,并总结静水力特性参数值随浮态的变化规律,为船舶自由浮态和静稳性精确计算提供基础。

船舶横摇阻尼确定方法研究

基于势流理论仅能计算由于辐射兴波引起的阻尼,不适于计算在横摇谐摇周期附近的船体横摇运动,这是因为此种情况下横摇产生的辐射兴波阻尼力矩很小,而由于液体分离产生的黏性阻尼十分显著。准确地计算船舶横摇阻尼对船舶横摇运动的研究非常重要。应用三种方法计算C11型集装箱船的阻尼,分别是船模试验确认阻尼系数、经验公式求解以及运用CFD进行数值模拟,将三种方法求得的阻尼代入船舶横摇自由衰减运动方程,最后将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较。

改进遗传算法在船舶自由浮态计算中的应用

为了更快、更准确地计算船舶自由浮态问题,对原有计算方法进行改进。根据船舶自由漂浮的平衡条件,将自由浮态计算归结为多目标约束优化问题,并引入一种改进遗传算法对该优化问题进行求解。实例计算表明,使用该方法,迭代次数明显少于基本遗传算法,船舶自由浮态计算时间大幅下降,计算结果准确可靠。研究结果对于迅速掌握船舶状态,可靠保障船舶生命力具有重要意义。

基于STL模型的散货船破损浮态计算

为计算散货船破损浮态,基于船舶外壳及所有舱室的STL模型探讨了一种浮态迭代算法。根据STL模型建立船舶三维数据库。采用"重量增加法"和"迭代法"计算船舶破损浮态。以散货船"DOLCE VITA"为例,计算了"压载进港"和"满载出港"载况下的5个货舱单舱破损情况,和船舶设计软件NAPA计算值相比,吃水差平均误差为0.013 6 m,横倾角平均误差为0.052°,进水量平均相对误差为0.28%,验证了算法的准确性。实验结果表明:STL模型来源于船舶设计数据,计算精度较高,应用前景较好;浮态迭代算法既可保证程序迭代次数,又能避免水线面要素求解,具有一定的工程应用价值。

AutoCAD2002环境下驳船自动配载研究

大型结构物通过驳船海上运输之前的驳船配载是一个很重要的过程,一般的船舶配载系统具有强大的计算能力,但其绘图能力欠佳或者欠缺.针对驳船配载系统绘图能力不强的问题,提出借助外部绘图软件增强配载系统的绘图功能,即采用A u toCAD 2002强大的VBA开发工具和A ctiveX技术,读取配载系统中配载计算结果及其他相关数据文件,自动生成配载图,从而使配载系统的绘图功能得到了增强,实现了从计算到绘图过程的驳船自动配载.驳船配载实例验证了该方法的可行性和有效性.

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。

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。

近海工程船主要尺度要素及线型设计特点与分析

本文针对当前市场所需的海洋辅助工程船舶,特别是拖轮、救助船及守护船的线型设计特点进行了分析与研究,提供了该类船型的主要尺度及有关参数的范围,可供设计人员参考.同时还对不同的艏部形状及有无导管的船模试验结果进行了分析比较,指出海洋辅助工程船舶应根据不同的功能和使用要求,采用不同的船型和推进形式,以最大限度提高船舶航行性能,并使其使用性能更趋合理.

内河船舶结构T型材优化设计

针对内河船舶结构设计问题,研究分析了T型材的优化设计方法,研制了优化设计程序并对四条实船进行了实例设计与比较分析,优化后的T型材构件重量平均可降低20%以上。

散货船配载仪中CSR剪力修正计算

各船级社规定散货船配载仪要具有CSR剪力修正功能。国际船级社协会最新发布的《散货船油船协调版共同结构规范》于2015年7月1日生效,其中CSR剪力修正计算方法有所改变,为满足新规范的要求,采用"斜率修正法"计算舱室前后舱壁处的CSR剪力修正,根据货舱的装货高度及货物密度判断相邻2个舱室是否为"非均匀装载"载况,包括完整工况和单舱破损工况。采用"剪力修正分布系数二次修正法"确定舱室前后舱壁处剪力修正分布系数,舱室其他位置采用线性插值法计算剪力修正分布系数。以56 000 DWT散货船"太行128"及64 000 DWT"SPRING COSMOS"为例,开发配载仪程序,计算"重压载出港工况"及"1、3、5舱室隔舱装载工况"的CSR剪力修正值,和船舶设计软件NAPA计算值相比,相对误差在0.2%以下,证明所述方法的正确性,具有一定的工程实用价值。

利用实测数据辅助跃层分析方法研究

海洋环境要素的阶跃变化会引起跃层,跃层现象对水下载体的活动有较大影响.为便于水下活动,载体根据环境要素的跃层变化随时调整行动方案,该文通过插值算法得到跃层分析的基础数据——温度、盐度和密度等海洋环境要素的统计数据,探讨了跃层分析算法的选择问题,重点研究了有效利用实时传感器数据分析跃层状况的方法,然后依据跃层的示性特征绘制等值线图,进而分析出该区域主要在跃层的变化状况和特点,为指导水下活动载体航行、保证航行安全提供信息支持.

船舶浅水线性位置导数实用估算方法

本文以浅水中船体各横剖面附加质量的计算为基础,根据细长体理论计算了浅水中船舶斜航时的线性位置导数,计算中对粘性影响作了适当修正。计算结果与试验值吻合较好,其精度较某些细长体处理方法有较大的提高。本法简单,便于在船舶设计初始阶段对浅水线性位置导数的估算。

船舶纵向浮态无符号化计算的数学方法

为使船舶纵向浮态计算公式的意义直接表示其变化过程,综合分析了船舶吃水差和平均吃水的数学关系与实船计算结论复杂性较高等一些基础性问题,证明了吃水差各相关量可用线段长度表示,实现了吃水差各相关量本身在计算纵向浮态过程中的无符号化,用于核算船舶纵向浮态。

有限水深格林函数及其导数的改进Gauss-Laguerre算法

文中对计算有限水深自由面格林函数及其导数主值积分的Gauss-Laguerre算法进行了两点改进,一是通过约分从被积函数中分离出可由公式直接求解的部分,降低了被积函数其余部分中积分变量的阶数,二是采用无限水深格林函数的主值积分和指数积分相结合的方式来消除被积函数的奇异性,这两点改进不仅极大地改善了被积函数的收敛性,使获得满意精度所需要的高斯积分点数目大大降低,计算效率显著提高,而且解决了传统方法中计算频率较高时计算结果失真的问题。计算结果表明,该改进方法求得的水动力系数和法国BV船级社的Hydrostar软件的计算结果吻合良好。