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.

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。

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。

基于差分进化算法的船舶自由浮态计算研究

及时准确获取船舶破损后的浮态参数是采取正确抗沉措施的重要前提,所以船舶自由浮态计算是船舶破损后快速扶正首先要解决的问题。采用差分进化算法对平衡多目标函数进行求解。差分进化算法采用实数编码,选择阶段采用了贪婪算法,实现更加简单。根据对2,000t专业溢油处置船的计算,并与遗传算法比较,计算结果更为精确,收敛速度相当。该方法可以在保证较高的收敛速度前提下,提高自由浮态的计算精度。

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。

海洋平台拖航稳性三维通用计算方法

提出了一种基于三维实体造型的海洋平台拖航稳性计算方法。采用边界表达(B-Rep)实体造型技术,精确建立海洋平台的浮体模型,因而算法具有较高的精确性和通用性。提出了一种计算自由浮态下回复力臂的迭代算法,与传统的算法相比具有更高的精度和效率,而且算法稳定可靠。提出了静稳性曲面及其计算方法,利用静稳性曲面可以准确地校核海洋平台各方向的拖航稳性,比传统的稳性计算方法更为合理。该稳性计算方法与海洋平台的具体形状(例如是否离散、是否对称等)无关,理论上可以推广到各种复杂的船舶及海洋结构物的稳性计算中,具有较强的通用性。通过实例证明算法的正确性和工程实用性。

基于加密型值表的改进水尺计重方法

为了提高水尺计重的精度,提出一种不依赖于船舶装载手册的改进水尺计重方法。基于加密型值表建立船舶高精度数据库,并计算船舶排水量。根据六面吃水数据计算船舶浮态参数与中垂(拱)量。根据材料力学中梁的弯曲理论,用圆弧拟合船舶拱垂变形曲线,计算出船舶每一站的中垂(拱)量,通过对型值坐标点进行坐标修正,得到船舶中垂(拱)状态下的数据库。根据浮态参数,通过坐标系变换、S-H剪裁算法计算船舶自由浮态下的排水量。以某散货船为例,分别计算了船舶正浮、纵倾与中拱状态下的排水量,并与传统水尺计重方法进行了比较分析。计算结果表明:正浮时改进水尺计重方法相对误差较小,平均为0.085 6%,纵倾时平均相对误差增大到0.414 5%,中拱状态下平均相对误差增大为0.619 9%。改进的水尺计重方法提高了计算精度,且适用于船舶自由浮态,具有一定的工程应用价值。

基于STL模型的船舶静水剪力与弯矩计算方法"

为了提高船舶强度计算精度,提出了一种基于STL模型的船舶静水剪力与弯矩计算方法。在计算总纵强度时,采用常规算法计算船舶浮态初值,然后采用迭代算法计算船舶吃水、横倾角与吃水差;按照船舶肋位切割船舶外壳得到每个肋位的横剖面,采用格林公式计算每个剖面水下部分的面积,纵向积分得到浮力曲线;通过对船舶舱室STL模型的切割,离线建立每个舱室的质量分布表,用舱室实际质量分布代替梯形分布来计算船舶质量分布曲线;最后基于散货船"太行128"和"SPRING COSMOS",通过浮力与质量分布曲线计算了5种典型载况下的剪力与弯矩。计算结果表明:计算值与采用软件NAPA的设计值相比,剪力与弯矩的平均误差约为1%,最大误差为2.6%,计算误差较小,因此,船舶静水剪力与弯矩计算方法精度较高;采用浮态迭代算法只需计算出船舶任意浮态下的排水体积与浮心坐标,程序实现简单、稳定与可靠;静水剪力与弯矩计算方法适用于船舶任意浮态,通过直接切割船舶外壳计算船舶浮力曲线,弥补了常规方法只能计算船舶纵向强度的不足;通过建立舱室的质量分布表与采用舱室的实际质量分布代替传统的梯形分布,减少了计算量,提高了计算精度。