Optimization Design of Minimum Total Resistance Hull Form Based on CFD Method

In order to reduce the resistance and improve the hydrodynamic performance of a ship, two hull form design methods are proposed based on the potential flow theory and viscous flow theory. The flow fields are meshed using body-fitted mesh and structured grids. The parameters of the hull modification function are the design variables. A three-dimensional modeling method is used to alter the geometry. The Non-Linear Programming(NLP) method is utilized to optimize a David Taylor Model Basin(DTMB) model 5415 ship under the constraints, including the displacement constraint. The optimization results show an effective reduction of the resistance. The two hull form design methods developed in this study can provide technical support and theoretical basis for designing green ships.

Automatic Generation of the Planning Tunnel High Speed Craft Hull Form

The creation of geometric model of a ship to determine the characteristics of hydrostatic and hydrodynamic, and also for structural design and equipments arrangement are so important in the ship design process. Planning tunnel high speed craft is one of the crafts in which, achievement to their top speed is more important. These crafts with the use of tunnel have the aero-hydrodynamics properties to diminish the resistance, good sea-keeping behavior, reduce slamming and avoid porpoising. Because of the existence of the tunnel, the hull form generation of these crafts is more complex and difficult. In this paper, it has attempted to provide a method based on geometry creation guidelines and with an entry of the least control and hull form adjustment parameters, to generate automatically the hull form of plarming tunnel craft. At first, the equations of mathematical model are described and subsequent, three different models generated based on present method are compared and analyzed. Obviously, the generated model has more application in the early stages of design.

Study on the Form Factor Estimation Method of High-Speed Catamaran with Asymmetrical Hulls

The method used to estimate the form factor of low-speed vessel will cause a large error when estimating the form factor of high-speed catamaran because of the interference effects. A method based on computational fluid dynamics( CFD) method is proposed to estimate the form factor of high-speed catamaran with asymmetrical hulls. This paper focused on a 2000-toners catamaran with asymmetrical hulls to compare the difference between normal method and CFD method. The resistance of this catamaran is calculated by the CFD method,and it was compared to the model test data to verify the validity of this method. The form factors calculated by CFD method are very different from the results calculated by Prohaska method in high speed area.Thus,the method used to estimate the form factor of low-speed vessel is not applicative for high-speed catamaran. It is more accurate and efficient when using the CFD method to estimate the form factor of high-speed catamaran with asymmetrical hulls.

Development of Cubic Bezier Curve and Curve-Plane Intersection Method for Parametric Submarine Hull Form Design to Optimize Hull Resistance Using CFD

Optimization analysis and computational fluid dynamics （CFDs） have been applied simultaneously, in which a parametric model plays an important role in finding the optimal solution. However, it is difficult to create a parametric model for a complex shape with irregular curves, such as a submarine hull form. In this study, the cubic Bezier curve and curve-plane intersection method are used to generate a solid model of a parametric submarine hull form taking three input parameters into account： nose radius, tail radius, and length-height hull ratio （L/H）. Application program interface （API） scripting is also used to write code in the ANSYS DesignModeler. The results show that the submarine shape can be generated with some variation of the input parameters. An example is given that shows how the proposed method can be applied successfully to a hull resistance optimization case. The parametric design of the middle submarine type was chosen to be modified. First, the original submarine model was analyzed, in advance, using CFD. Then, using the response surface graph, some candidate optimal designs with a minimum hull resistance coefficient were obtained. Further, the optimization method in goal-driven optimization （GDO） was implemented to find the submarine hull form with the minimum hull resistance coefficient （Ct）. The minimum C, was obtained. The calculated difference in （7, values between the initial submarine and the optimum submarine is around 0.26%, with the C, of the initial submarine and the optimum submarine being 0.001 508 26 and 0.001 504 29, respectively. The results show that the optimum submarine hull form shows a higher nose radius （rn） and higher L/H than those of the initial submarine shape, while the radius of the tail （r1） is smaller than that of the initial shape.

知识工程技术在船体设计中的研究进展与展望

随着人工智能的蓬勃发展,知识工程作为一门研究知识智能化处理的工程技术学科,逐渐成为研究热点,基于知识工程的船舶设计方法也得到越来越多的关注。为此,从船舶总体概念方案设计、船体结构设计和船舶布置设计3个方面,系统归纳和分析国内外知识工程在船舶设计领域的应用发展情况,并详细介绍船舶型线设计和厂所协同设计中知识工程应用的两个典型案例。同时,总结提炼出知识工程应用中存在的主要问题与制约因素,并对大型语言模型(LLM)技术推动知识工程发展进行展望。通过知识工程技术,船舶设计可实现智能化,能快速调用相关规范与要求,并将已有的经过充分实践论证的船舶设计知识进行储存及衍生,从而提高设计效率,缩短设计周期,但对知识工程技术的充分应用仍面临诸多挑战,需进一步探索与完善。

考虑跨洋特征及碎冰对快速性影响的极地探险邮轮型线优化

[目的]全球减碳背景下,为应对极地船舶设计建造的环保要求,需开展跨洋航行时碎冰水域对极地探险邮轮船体型线优化设计的影响规律研究,以获得最佳节能型线。[方法]针对极地探险邮轮的跨洋航行特征,采用航区权重方法进行量化评估,分析碎冰对阻力和推进效率的影响。应用计算流体力学耦合离散元法(CFD-DEM)来分析螺旋桨的碎冰水域性能,建立以联合自航功率为目标的优化模型,进而对全船参数化模型开展设计航速下的优化计算。[结果]计算结果表明,优化后的船型可以满足排水量要求,有效降低了2种水域下的航行功率,其联合自航功率降低了9.71%。[结论]研究成果验证了基于权重优化方法的可行性和合理性,可为极地探险邮轮的型线和推进器优化设计提供参考。

型线知识图谱在长江散货船型线设计中的应用

[目的]针对长江航运航行环境复杂,部分船型能耗大、污染严重,迫切需要开展绿色智能船型研究的现状,将知识图谱应用到型线设计方法中,以适应绿色智能技术发展对船型优化的要求。[方法]构建长江货船型线知识图谱及推理模型,提出基于知识图谱的型线设计流程,完成长江6000吨级散货船型线的快速设计,并与常规方法设计的船型进行对比。[结果]与常规设计船型的对比结果表明,快速设计船型具有2.39%的降阻效果。[结论]验证了基于知识图谱的型线设计方法的有效性。

基于自组织映射和K-means聚类的分层设计空间动态缩减方法及其在船型优化中的应用

[目的]基于CFD的船型优化由于其高维、计算昂贵、“黑盒”等特点,通常会存在优化效率低,优化质量差的问题。针对以上问题,基于自组织映射方法和K-means聚类提出分层设计空间动态缩减方法(HSRM)。[方法]利用K-means聚类算法,对自组织映射方法的可视化结果进行聚类,并提取感兴趣的区域。通过该方式,可在船型优化过程中,对样本仿真数据进行数据挖掘、提取设计知识、指导设计优化,以提高优化质量。最后将该方法应用于7500吨级散货船的船型优化设计过程以验证有效性。[结果]结果表明,利用传统粒子群优化算法(PSO)和HSRM得到的优化船型总阻力分别降低1.854%和2.266%,HSRM能得到更高质量的优化解。[结论]所提出的方法可以指导优化算法向着最优解的方向进行寻优,有效提高优化效率和优化质量。

三尾船型参数化建模及型线优化设计

文中以某型三尾船为研究对象,采用CAESES软件进行全参数化建模,通过改变控制船体曲面的设计变量,基于布置约束以及静水力约束以三尾船的总阻力作为优化目标,对其首尾型线进行优化.结果表明:该船型在设计航速下的总阻力得到了有效降低.

豪华邮轮全船线型优化及截流板设计

为了降低航行阻力,满足豪华邮轮营运经济性的需求,对某8万总吨级豪华邮轮进行了基于阻力性能的全船线型优化及截流板设计。首先,结合CAESES的半参数化变形和SHIPFLOW的势流计算方法,针对目标船进行了兴波阻力最小化的线型优化,再对典型优化方案采用STAR-CCM+计算粘流总阻力,评估优化效果;其次,针对优化的船型方案进行了截流板的设计,进一步降低船型总阻力;最后,通过模型试验验证优化效果。试验结果显示,优化线型安装优选截流板后相对于原型实船有效功率下降了7.8%,证明了所采用的豪华邮轮线型优化和截流板设计方法的可行性。

基于多保真深度神经网络的船型优化

[目的]为了提高优化效率并获得更好的优化结果,将不同精度数据进行有机融合,利用多保真深度神经网络开展船型优化设计。[方法]基于多源数据融合和迁移学习思想,构建了一种多保真深度神经网络。通过将大量低保真数据与少量高保真数据融合学习,构建与高保真数据之间的线性项和非线性项,得到高保真近似模型。基于此方法开展针对DTMB 5415船静水阻力的优化设计。分别采用势流和黏流样本点阻力进行评估,势流计算结果作为低保真数据,黏流计算结果作为高保真数据,构建多保真深度神经网络近似模型。借助遗传算法获得优化解并与只使用单一高保真数据构建的Kriging近似模型的优化结果进行对比。[结果]基于多保真神经网络方法,DTMB 5415阻力减少了6.73%。基于Kriging模型,DTMB 5415阻力减少了5.59%。[结论]多保真深度神经网络近似模型可以兼顾效率和精度,可以用于优化求解,且由其得到的优化船型阻力优化效果更为显著。

考虑碎冰阻力和静水阻力的高效船型多目标优化方法

[目的]针对碎冰环境对船舶性能的影响,以及基于经验公式的传统优化方法在碎冰阻力优化方面的局限性,基于CFD&DEM方法提出一种精确优化碎冰阻力和静水阻力的船型优化方法。[方法]首先,基于CFD和CFD&DEM方法计算静水阻力和碎冰阻力,提出一种创新的混合多岛遗传算法(HMIGA),用于模拟真实环境下的碎冰场;然后,结合XGBoost模型建立高效代理模型,并执行NSGA-III算法进行优化求解;最后,以KCS标准模型为例进行验证。[结果]结果显示,优化后船型的碎冰阻力降低了10.58%,静水阻力降低了2.32%;优化船型所承受的峰值载荷更少,同时通过产生波浪推开浮冰,还可进一步降低冰阻力。[结论]所提方法综合考虑了流场和碎冰场的随机性对优化结果的影响,能更精确、有效地改善船舶的碎冰阻力与静水阻力。HMIGA算法和XGBoost模型的引入可提升方法的实际应用效果,从而为未来碎冰环境下船舶的优化设计提供指导。

基于CFD技术对多工况的线型优化

为减少实际运营中的燃油消耗,对多工况多航速点的船舶线型设计提出了更高的技术要求。本文依托3000TEU船项目,结合直艏的几何特征,使用参数化软件CAESES的Feature功能,对首前部线型变形开发线型变换设计模块,构建四变量的线型变换方案;并基于SHIPFLOW软件的Global计算模式,采用Sobol算法,考虑加权算法对多工况点综合评估,在设计工况水动力性能不变的情况下,对压载工况进行优化,其有效功率下降达2.65%,得到符合工程实际的、较优的船体线型。

重庆-上海江海直达船船型优化

为提升重庆—上海过闸型江海直达船的航行性能和经济性,以满足通过三峡船闸船舶吃水要求的江海直达船型为研究对象,以排水体积和浮心纵向位置为约束条件,采用理论设计与数值计算相结合的方法优化船型。采用Rhinoceros软件进行船体建模,采用CAESES(FRIENDSHIPFramework)软件进行半参数化模型优化,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术进行阻力预报。通过2轮优化对比,优化船型在10 kn、13 kn和16 kn航速下的总阻力相比原始船型分别减小10.76%、8.18%和1.86%。研究表明:垂直艏+下凸艉组合的减阻效果要优于尖直艏+平直艉组合,且航速越低,减阻效果越明显;采用多航速验证方法能有效避免固定航速船型优化的局限性。研究结果可供江海直达船的船型设计和建造参考。

船体设绘规则在外板形面测量中的应用研究

本文针对国内各船厂在船舶建造中船体外板成型加工后的数字化形面测量尚不成熟、相关软件如何应用船体设绘规则没有统一的规范以及影响船体外板成型测量软硬件设备等数字化造船技术应用推广的问题,在调研船体设绘相关国家标准、行业规范和船厂实际需求的基础上,对适合船舶外板形面测量软件的编号规则、坐标系、型线表示等方面进行了研究,提出了一套适应需求的应用方案,报告了软件实施的关键步骤和结果。相关方案已成功应用于开发的船舶外板成型测量软件中,并得到了船厂应用单位的肯定。

凸壳原理用于城市用地空间扩展类型识别

针对目前尚缺乏定量方法确定城市用地扩展类型的问题,首次提出了利用计算几何中凸壳原理识别城市用地扩展类型的新方法,阐述了该方法实现步骤和判别标准,凸壳方法可以区分城市用地扩展的两种类型,即填充类型和延伸类型。基于国家资源环境数据库,应用研究的结果表明,从1990年到2000年,安徽省城市用地扩展类型以填充类型为主,而用地扩展的结果导致城市形态的变化,这一时期安徽省城市轮廓平面形态逐渐趋于紧凑。

水火弯板局部变形的量化分析

以实船板水火加工成型的实验数据为样本，应用数理统计原理和逐步回归分析方法，建立了６种变形参数的回归模型．利用总体线性关系的显著性检验、回归方程的拟合优度的考察等，比较了这６种回归模型的回归效果；并计算了Ｂｅｔａ系数，讨论了回归公式中各变形参数对变形量的影响程度．

基于径向基函数插值的船体曲面修改方法研究

将船体曲面的NURBS表达与径向基函数插值技术相结合,实现了船体曲面的三维自动变形。重点阐述了径向基函数插值技术的基本原理及其应用于船体曲面变形的过程。最后,以国际标模KCS船为例完成了船艏、艉部曲面的自动变形。研究结果表明:基于径向基函数插值技术的船体曲面修改方法适用于船型优化,符合工程实际的需要。

船体B样条曲面的数学描述及计算机方法

叙述了三次B样条曲面的特点：数学描述、船体曲面片的拼接和曲面边界的处理，最后给出船体曲面设计实例，证明所述方法的正确法。

三体船船型分析及兴波干扰的模型试验研究

以本文设计的高速三体船型线为研究对象,分析了三体船船型的特点。应用均匀设计法进行了三体船兴波干扰的模型试验研究,依据试验结果分析了片体位置对三体船兴波干扰的影响,比较了同用途三体船与单体船的阻力性能,并讨论了多体船快速性试验结果的换算问题。