优化算法在船体型线参数化设计中的应用
参数化方法的中型豪华游船特殊球艏线型优化
参数化方法的中型豪华游船特殊球艏线型优化王杉;王艳霞;赵强;魏锦芳;陈京普【摘要】以一艘中型豪华游船为例,在分析豪华游船船型特点的基础上,对其球鼻艏线型进行了优化.优化过程中采用参数方法生成了一系列球鼻艏线型,通过CFD方法对其兴波阻力和总阻力进行评估分析,并通过灵敏度分析得到对阻力影响最为显著的参数,获得了阻力性能较好的球鼻艏线型方案.最后通过模型试验对优化线型进行了模型试验验证,试验结果表明文中优化的线型具有良好阻力性能,为进一步开展豪华游船线型设计提供良好的技术参考.%According to the study on the lines characteristic of luxury cruises, the bulbous bow of a medium-sized luxury cruise ship is optimized in this paper.Parametric design method is utilized to generate a series of bow lines,and the resistance is evaluated by CFD.Sensitivity analysis is also carried out to identify the most suitable and relevant parameters,and an optimized lines is obtained.Then the model test for the optimized lines is carried out in towing tank at CSSRC,and the model test results show the optimized lines is of good resistance performance.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(031)005【总页数】4页(P646-649)【关键词】豪华游船;参数化建模;球艏优化;CFD;模型试验【作者】王杉;王艳霞;赵强;魏锦芳;陈京普【作者单位】中国船舶科学研究中心上海分部,上海200011;中国船舶科学研究中心上海分部,上海200011;中国船舶科学研究中心上海分部,上海200011;中国船舶科学研究中心上海分部,上海200011;中国船舶科学研究中心上海分部,上海200011【正文语种】中文【中图分类】U661.32+2;O35豪华游船是当今船舶工业最具代表性的高技术船型之一,能够设计和建造豪华游船代表了一个国家的综合造船实力和水平.目前，国内对这种船型的研究还处于起步阶段,仍未完全掌握豪华游船的设计、建造技术.鉴于豪华游船的重要性和技术复杂性,中国船舶科学研究中心对豪华游船水动力性能开展了追踪研究.船体线型水动力性能设计的技术含量通常集中在船体的首部和尾部,近代豪华游船广泛采用能显著降低船体兴波阻力的鹅颈型球艏和鸭型尾线型设计[1].鹅颈型球艏可以产生不同于船体主波相位的子波,利用这种相位差削弱船体主波,从而减小船体的兴波阻力.文中在总结豪华游船线型特点的基础上,完成了一艘5万吨级豪华游船特殊球艏线型的设计优化.采用参数化建模手段,通过选取相应的特征参数,完成了球艏线型的全参数化模型；并基于建立的参数化模型,通过修改特征参数,生成了一系列球鼻艏线型方案,通过集成CFD方法对其兴波和总阻力进行评估分析,实现了豪华游船特殊球艏线型的自动优化；并通过灵敏度分析得到对阻力影响最为显著的参数,获得了阻力性能较好的球鼻艏线型方案.采用快速的阻力性能评估方法进行多方案的比较,根据流动特点将船体分为两部分求解:第一部分采用非线性兴波数值计算方法,计算兴波阻力和自由面波形;第二部分采用粘性流数值方法获得船尾流场.非线性兴波数值计算方法首先假设受约束的船舶以航速V沿x轴的正向运动,o-xyz为固定在船上的直角坐标系,xy平面与静水面重合,z轴垂直向上.在o-xyz坐标系中流动为定常势流,忽略表面张力的影响,水域为无限深,这样船舶绕流存在速度势φ,且满足以下方程和边界条件:在流场中满足Laplace方程:在自由面上满足运动学边界条件:φxζx+φyζy-φz=0 z=ζ(x,y)此外，在自由面上还要满足动力学边界条件:ζ=(V2-φ·φ) z=ζ(x,y)在船体湿表面上满足不可穿透条件:在无穷远前方满足辐射条件:式中：ζ为自由面波高，下标“x,y,z”表示在该方向上的偏导数；φn为速度势在法向方向上的偏导数；g为重力加速度.船舶兴波问题就是求解定解问题,其中一个难点就是自由边界条件的非线性,自由面边界条件是非线性的,且自由面初始位置不可知方程组[2].求解这个非线性问题的通常方法是[3-4]:在一个已知的基本解的基础上对自由面边界条件线性化处理,然后采用迭代的方式求解这个问题.粘性流数值求解方法主要是基于求解Navier-Stokes方程和连续方程组.粘流数值求解时使用显式代数应力模型(EASM),控制方程使用有限体积法离散,其中对流项使用二阶迎风格式,扩散项采用中心差分格式;离散得到的差分方程组具有耦合性,使用交替隐式迭代法(ADI)方法求解线性方程组[4].文中选择5万吨级豪华游船作为母型船,保持19站之后的线型不变,只针对19站之前的线型进行优化.在优化过程中,采用参数化方法生成了一系列球鼻艏线型,通过CFD计算对其设计航速下的兴波阻力和总阻力进行评估分析,并通过灵敏度分析得到对阻力影响最为显著的参数,最终得到了阻力性能较好的球鼻艏线型方案.基于FRIENDSHIP软件建立豪华游船球艏区域的全参数化模型[5].首先截掉船型球鼻艏以及19站之后的线型区域(图1),参数化生成球鼻艏以后用光顺曲面连接新球艏和船体.球鼻艏生成所用的控制线如图2,图中的xt为球鼻艏生成区间控制线,up和down两条控制线控制球鼻艏的上下轮廓线,beam为球鼻艏最宽处的宽度控制线,elevation为球鼻艏最宽处的高度控制线.利用Friendship的Feature功能,通过这些控制线生成球鼻艏的Curve Engine，最后生成球鼻艏的MetaSurface.球鼻艏生成以后,使用Feature定义的fillet曲面光顺连接球鼻艏和船体部分(图3),图中A部分为原船体曲面,D部分为生成的球鼻艏曲面,B和C两部分为fillet曲面,其中C的控制线连接A和D，并且在端点处二阶连续可导,B的控制线连接A和C，并且在端点处二阶连续可导,从而保证了船体曲面的光顺性.对建立的新球艏,在设计吃水、设计航速Vs=21 kn(傅汝德数约为0.246)下,以兴波阻力作为目标函数,采用试验设计方法进行优化.首先采用SOBOL方法进行全局搜索,对建立球艏时所用的设计变量进行优化,在大范围内搜索兴波阻力较低的球艏形状,其次对试验设计的结果进行参数灵敏度分析,分析对兴波阻力影响最大的参数.选择控制球艏长度、高度和宽度的3个参数作为设计变量,并在保证船体曲面光顺的前提下确定各设计变量的取值范围,设计变量的名称、取值范围以及变量说明如表1，bulbx,bulby,bulbz为设计参数名.通过改变上述设计变量的取值,就可以得到相应的球艏线型,图4为当球艏长度、高度和宽度分别改变时所得到的线型与初始方案的对比.采用SOBOL算法共生成200个方案[6],以设计航速Vs=21 kn时的兴波阻力系数作为目标函数,对设计空间进行初步探索.图5为优化过程中设计变量bulbz在其设计空间内的分布,由图可知,设计变量在设计空间内的分布很均匀.因此采用SOBOL算法进行试验设计能够对整个设计空间进行比较准确的探索评估,为参数灵敏度分析提供良好的数值支持.对兴波阻力进行参数灵敏度分析,各参数对目标函数的影响如图6,图中bulbx,bulby表示负效应,bulbz表示正效应.由参数灵敏度分析可得:① 控制球艏宽度的参数bulby对设计航速下兴波阻力的影响远大于另外两个参数,且球艏越瘦,兴波阻力越小;② 控制球艏长度的参数bulbx对设计航速下兴波阻力的影响较小,且球艏越短,兴波阻力越小;③ 控制球艏高度的参数bulbz对设计航速下兴波阻力的影响最小,且球艏越高,兴波阻力越小.根据参数化方法确定了球艏优化的方向,继续从球艏宽度、长度方向深入优化,最终得到了优化方案.优化方案与原型的球艏区域的线型比较如图7.对上述原型和改型在Vs=21 kn时的兴波阻力和静水总阻力分别进行计算,改型在Vs=21 kn时的兴波阻力系数比原型降低约9.80 %,总阻力系数降低了2.61%,舷侧波形对比如图8,改型较原型在船艏和船舯附近的波形也较原型有所改善.图中：h 为波高；Lpp为垂直线间长；x/Lpp表示沿x方向上的位置.根据文中优化的线型方案加工船模,并在中国船舶科学研究中心深水拖曳水池开展了阻力模型实验,其中图9为设计航速Vs=21 kn的波面照片.此外,为了验证中高速船的阻力计算精度,数值计算和模型试验得到阻力曲线(图10)，Ct为静水总阻力系数.从图中结果来看,文中采用的数值模拟方法和模型试验结果的误差在3%左右,也反映了该方法具有较强的工程实用价值.(1) 综合运用参数化方法和CFD技术优化船型,采用非线性兴波和粘流数值模拟方法进行分析评估.(2) 完成了中型豪华游船特殊球艏的线型优化工作,并针对优化方案加工模型开展了阻力模型试验,数值计算的总阻力和模型试验结果的误差在3%左右.【相关文献】[ 1 ] Raimo Hämäläinen. The high comfort class appendage design for cruise liners, ferries and ropax vess els [C]∥First International Symposium on Marine Propulsors, Trondheim, Norway:[s.n.], 2009.[ 2 ] 陈京普, 朱德祥, 何术龙, 等. 一种快速评估方法在船舶线型优化中的应用[J]. 中国造船, 2009,50(4): 7-12. DOI:10.3969/j.issn.1000-4882.2009.04.002.CHEN Jingpu, ZHU Dexiang, HE Shulong, et al. Application of a fast computing approachin hull lines optimization[J]. Shipbuilding of China, 2009, 50(4): 7-12.DOI:10.3969/j.issn.1000-4882.2009.04.002.(in Chinese)[ 3 ] RAVEN H C. Inviscid calculations of ship wave making-capabilities, limitations, andpr ospects[C]∥Poceedings of Symposium on Ship Hydrodynamics,Bethesda,MD,USA：[s.n]，1998.[ 4 ] BRENNER M. Integration of CAD and CFD for the hydrodynamics design of appendages in viscous flow[D]. Berlin:Technical University of Berlin, 2008.[ 5 ] HARRIES S, TILLIG F, WILKEN M, et al. An integrated approach for simulation in the early ship design of a tanker[C]∥International Conference on Computer and It Applications,Berlin:[s.n.],2011.[ 6 ] HARRIES S. Investigating multi-dimensional design spaces using first principle methods[C]∥7th Int Conf High-Performance Marine Vehicles (HIPER),Melbourne,Australia:[s.n.],2010.。
优化算法在船体型线参数化设计中的应用
优化算法在船体型线参数化设计中的应用船体型线参数化设计是指通过建立数学模型和设定一系列参数，对船体的外形进行设计和优化。
优化算法在船体型线参数化设计中的应用，可以帮助设计师快速有效地寻找到最优的设计方案，提高设计效率和减少设计成本。
本文将探讨优化算法在船体型线参数化设计中的具体应用，并对其优势和未来发展进行讨论。
首先，优化算法在船体型线参数化设计中的应用主要体现在以下几个方面：1.参数空间：通过对船体外形的各种参数进行设定，建立参数化模型，并利用优化算法对参数空间进行，找到最优的设计方案。
常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等，这些算法可以有效地参数空间，找到全局最优解或局部最优解。
2.多目标优化：船体设计通常涉及到多个目标函数，如减少阻力、提高航速、增加载货量等。
利用多目标优化算法，可以在不同的目标函数之间进行权衡，找到一组平衡的设计方案，满足各种需求。
3.约束条件优化：在船体设计中，通常存在各种约束条件，如船体结构强度、稳性、操纵性等。
优化算法可以在满足这些约束条件的前提下，找到最优的设计方案，提高设计的安全性和可靠性。
4.设计空间探索：参数化设计和优化算法可以帮助设计师在设计空间中进行探索，快速提取并处理大量的设计数据，挖掘潜在的设计方案，为创新设计提供更多可能性。
5.自动化设计：结合参数化建模和优化算法，可以实现船体设计的自动化，减少人工干预，提高设计效率和质量。
1.提高设计效率：优化算法可以快速有效地参数空间，找到最优的设计方案，减少设计时间和成本。
2.提高设计质量：优化算法可以在大量设计方案中找到最优解，提高设计的精度和质量。
3.提高创新性：优化算法可以帮助设计师在设计空间中进行探索，挖掘潜在的设计方案，推动创新设计的发展。
4.降低风险：优化算法可以在满足约束条件的前提下，找到最优的设计方案，降低设计的风险和错误率。
未来，随着船舶设计的需求越来越复杂和多样化，优化算法在船体型线参数化设计中的应用将会越来越重要。
船舶型线信息化设计方法
05
船舶型线信息化设计流程与规 范制定
设计流程梳理与优化建议
梳理现有设计流程
对现有船舶型线设计流程进行全 面梳理，包括设计准备、初步设 计、详细设计等阶段。
02
加强多学科协同设计研究，实现 多专业之间的无缝对接。
拓展该系统的应用范围，将其应 用于更多类型的船舶设计中。
03
加强与国内外相关研究机构的合 作与交流，共同推动船舶型线信
息化设计技术的发展。
04
THANKS
谢谢您的观看
实施方案
02
03
持续改进
制定具体的实施方案，包括规范 宣传、培训、监督检查等环节， 确保规范的有效实施。
根据实施情况，对规范进行持续 改进和优化，不断提高设计质量 和效率。
持续改进措施与未来发展方向
持续改进措施
建立持续改进机制，定期对设计流程和规范进行评估和改进，确保设计工作的不断完善和提高。
未来发展方向
02
船舶型线信息化设计概述
船舶型线定义与分类
船舶型线定义
船舶型线是描述船舶外形和浮力性能的重要参数，包括船体基线、横剖线、纵剖 线等。
船舶型线分类
根据船舶类型和用途，船舶型线可分为民用船舶型线、军用舰船型线、工程船型 线等。
信息化设计概念及特点
信息化设计概念
信息化设计是指利用计算机技术、网络技术等信息技术手段 ，对产品进行设计、分析、优化和管理的过程。
参数化设计
通过参数化设计方法，实现船舶型线的快速修改和优 化。
一种快速评估方法在船舶线型优化中的应用
50卷第4期（总第188期）中国造船V ol.50 No.4 (Serial No. 188) 2009年12月 SHIPBUILDING OF CHINA Dec. 2009文章编号：1000-4882 (2009) 04-0007-06一种快速评估方法在船舶线型优化中的应用陈京普，朱德祥，何术龙，黄少锋，杨奕(中国船舶科学研究中心，江苏无锡 214082)摘要采用一种势流兴波数值优化方法与RANS求解器的优化结合的方法对某中速船的首部进行线型优化，以便使其速度达到设计要求。
经过多轮数值优化试验，取得一个优化方案。
最终的优化方案经模型试验验证，总阻力下降约2.7%，预报航速提高约0.4kn。
关键词：船舶、舰船工程；非线性兴波；RANS；线型优化；CFD中图分类号：U662.9 文献标识码：A0 引言用于船舶阻力预报及船型优化的CFD方法主要有两类：基于势流的兴波数值预报的优化方法和基于粘性流场RANS求解的优化方法。
已经有不少成功应用势流兴波数值方法进行船型优化的先例[1~3]。
近些年来我国部分研究院所及船厂[4~7]也在船舶势流兴波数值方法的研究与应用上，取得了不少进展。
随着计算机能力的进一步发展，考虑自由面效应的粘流求解(RANS)已经较广泛地应用于船舶研究与设计，粘流CFD计算结果数据信息量丰富，不仅可以进行船体阻力、自由面以及伴流计算，还可以考虑船、桨、舵以及附体相互干扰[8,9]。
近年来的研究资料表明，考虑自由面效应的RANS求解器预报精度有很大提高,应用范围在逐步扩大，而且某些研究机构已经将RANS求解器应用于实际船舶的线型优化[10]，不过这种运算对计算机的要求很高，文献[10]提及的船型优化系统依赖于64个CPU的并行机。
近些年来,国内通过对商业软件的开发应用,也将考虑自由面效应粘流CFD计算在水动力学问题的某些范围得到有效应用[11,12]。
某中速船在给定功率条件下，原始线型的预报航速低于设计航速0.3kn，为此须进行线型优化。
基于数学模型与优化算法的船舶航线规划技术研究
基于数学模型与优化算法的船舶航线规划技术研究随着全球海运业的发展，航线规划技术越来越成为船舶航行中不可缺少的一项技术。
船舶航线规划技术是指根据船舶运行的需求和航道环境，设计出一条最优船舶航线，使得船只可以高效稳定地航行。
为了实现最优航线的设计，数学模型与优化算法已经成为了航线规划技术的主要研究手段。
数学模型是指建立起数学模型来描述船舶在不同的航线上运行时的运行特性和相互作用，以求得最优的航线。
最常用的数学模型是高斯-马尔可夫（Gauss-Markov）模型和蒙特卡罗（Monte-Carlo）模型。
高斯-马尔可夫模型是一种线性模型，它可以描述船舶在运行过程中的确定性因素，包括船速、船长等因素。
蒙特卡罗模型则是一种基于随机模拟的模型，可以描述船舶在未知状态下的运行情况，例如海况变化、船舶故障等因素。
基于以上数学模型，航线规划技术还需要应用优化算法，以求得最优航线。
优化算法是指利用现代优化理论和方法来确定最优的航线方案，最常用的优化算法包括遗传算法、蚁群算法、神经网络算法等。
这些方法可以在多个航线之间进行评估和选择，以求得最优的航线方案。
例如，遗传算法可以模拟自然进化算法，通过不断的遗传变异和选择，最终找到最优的航线方案。
蚁群算法则是模拟蚂蚁自发聚集形成路径的行为，通过相互合作和信息交流，找到最优航线方案。
神经网络算法则是模拟人脑神经元的思维方式，通过不断的学习和演化，找到最优的航线方案。
除了数学模型和优化算法，航线规划技术还需要考虑实际航行情况和船舶的特殊需求。
例如，航行期间需要考虑风向、海流等因素对船舶的影响，以避免出现不必要的风险。
此外，船舶在规划航线时还需要考虑非标准条件下的海域和漩涡、暗礁等地形结构，以确保船只安全运行。
同时，如果需要进行海洋调查、数据采集等工作，可能需要单独计算航线，以保证航行期间数据的准确性。
总的来说，船舶航线规划技术是一项复杂的技术体系，需要综合考虑多种因素，才能达到最优航线的设计。
基于BP-GA算法实现船体结构多目标优化
基于BP-GA算法实现船体结构多目标优化随着人们对船舶性能和安全性的要求不断提高，船体结构的多目标优化成为了船舶设计中重要的任务之一。
为了实现船体结构多目标优化，人们提出了多种算法，其中基于BP-GA算法的优化方法由于其高效性和可行性逐渐受到了广泛关注。
BP-GA算法是将BP神经网络和遗传算法相结合的一种优化方法。
其中BP神经网络可以对复杂的非线性函数进行拟合和预测，而遗传算法则可以通过优秀的进化策略进行全局搜索。
这两种算法互补优势，可以有效地实现多目标优化。
实现船体结构多目标优化的第一步是确定目标函数，包括船体强度、稳定性、耐波性、速度等多个方面。
然后将这些目标函数作为BP神经网络的输入和输出。
通过训练使得BP神经网络能够预测不同设计参数下的目标函数值。
接下来，将遗传算法的进化策略应用到BP神经网络中，通过优秀的遗传算法调节各个设计参数，不断逼近最优解，从而实现优化目标的最大化。
基于BP-GA算法的船体结构多目标优化不仅可以提高船舶的性能和安全性，同时也可以降低船体结构的重量和成本，让船舶在满足多个目标的同时，达到更加理想的经济性能。
考虑到船舶的设计参数及船体结构的复杂性，这种基于算法的优化方法为船舶设计提供了一种高效可行的方式，能够加快进展并优化设计方案。
同时，它还为船体结构优化的研究提供了新的视角和思路，也将会在船舶制造业的发展中起到越来越重要的作用。
为了进行基于BP-GA算法的船体结构多目标优化，需要收集一定量的相关数据并进行分析。
以下是可能收集的数据和分析方法：1. 船体结构强度相关数据：包括钢板材质、厚度、尺寸、焊接缺陷等数据。
可以通过有限元分析等方法计算出结构强度的指标值。
2. 船体稳定性相关数据：包括船体形状、吃水等数据。
可以通过稳性计算软件进行计算，得出稳定性的各项参数。
3. 耐波性相关数据：包括波浪参数、船速等数据。
可以通过数值模拟软件进行计算，并得出船体受到波浪作用时的压力分布图和形变情况。
船舶结构优化设计方法及应用实践
船舶结构优化设计方法及应用实践摘要：近年来，经济快速发展，社会不断进步，任何船舶结构，都是非常具有复杂性的。
现阶段因为市场经济发展迅速，经济水平提升，促进科技迅速更新，国内的各个行业发展创新非常迅速，让船舶制造业也是要加强自身的转变，在船舶结构方面要运用合适的优化方法，让船舶结构可以符合客观的需求，达到良好的制造效果。
需要结合船舶的实际建造需求，对船舶结构展开适当优化设计。
该文是对船舶结构一些优化设计的方法展开分析，介绍船舶结构优化应用，希望对船舶制造业的实际发展有一定借鉴价值。
关键词：船舶结构；优化设计；方法；应用实践引言随着国民经济体制的不断改革，给各行各业带来了全新的机遇。
船舶制造领域，基于科技水平的提高实现了良好的发展。
目前，市场对船舶的质量和性能提出了全新的要求，为船舶制造企业带来了巨大的考验，因此，船舶制造企业必须秉承科技时代理念，积极开展船舶制造过程优化，并有效的提高船舶制造的速度和质量，才能确保船舶制造企业持续地发展。
在船舶制造领域中，在保障船舶质量问题的前提下，提高船舶制造效率是船舶企业最关注的问题，所以，实现船舶结构设计的全面优化具有重要意义。
1船舶结构设计概述船舶结构设计必须具备相应的使用性，同时在确保船舶行驶安全的基础上，针对船舶的外观进行设计、美化。
船舶航行安全是船舶结构设计的核心，结构设备必须要保证船舶的稳固性，满足力学建设的相关机理，同时应对船舶航行环境加以全面地分析，全面考虑航行时的水文、气候环境等，以使得船舶在航行过程中可以更好地应对突发性的极端天气。
船舶结构设计需结合各方面的因素，确保船舶建造的合理性。
例如在船舶建造过程中选择符合要求的高质量材料，船舶制造利用的板材必须具备合理的厚度、相应的弯曲度，不得为了过于追求成本的减少而选择质量较差的材料。
在船舶设计环节，需要高度关注设计时所选择的角度，同时将其全面列入到参考系统中，应当根据具体的船舶装载需求针对船舶的甲板、船体结构等加以科学、合理地设计，并且还需要给货物及船舶员工留有足够的空间；除此以外，在船舶结构设计的具体环节应高度重视船舶的舒适度、安全性等。
CFD在舰船阻力性能优化中的应用
（2）优化前后波高等值线及舷侧纵切波形的比较（见图 7、8）
优化前
优化后
波高/船长
纵向位置/船长
图 7 波高等值线的比较
图 8 舷侧纵切波形比较（y/L=0.01）
46
母型A
改进船型
图 9 优化前后线型对比 从优化前后的结果对比可以看出，优化后船型的兴波阻力下降了 10.8%，而湿表面积、 浮心位置、排水量分别变化了 0.8%、0.4%、0.4%。从图 7 可以看到优化后船首部位的波形 数减少了， 而图 8 则进一步说明优化后在船首附近的波形切片幅值变小了。 图 9 为优化前后 的线型比较，从图 9 可以看到，优化后声纳罩的曲面显得更为丰满，同时声纳罩向前延伸了 一点。 3 结 语 本文在分析基于 CFD 的船型阻力性能优化流程的基础上， 以戴维-泰勒水池(DTMB)5415 船模的声纳罩为优化对象，利用课题组开发的船体型线多学科设计优化平台完成了优化工 作，结论如下： （1）本文所开发的船型参数化融合模块是可行的，随着母型数量的增多，经融合后将 会生成丰富多样的声纳罩外形，而且生成的曲面是光顺的，这保证了优化结果的可行性。 （2）母型库的建立区别于传统的优秀船型库，本文所阐述的母型库是指尽可能复杂而 多变的船体外形，在建库时不需要考虑船型性能好坏，也不需要考虑排水量等约束，如本文 中变型 C。这些特点大大方便了设计人员的建库工作。 （3）船型参数化融合模块是基于 NURBS 理论开发，这保证了和现有 CAD 系统的兼容 性。同时，由于该模块是以母型为基础通过融合的方式产生新船型，摆脱了船型参数化几何 表达的限制， 故该模块理论上可以应用于任何复杂船型， 这为船型优化系统走向实用化打下 了基础。 （4）在本文优化实例中，将排水量、浮心位置、湿表面积等作为约束条件，保证了优 化结果具有工程应用价值。 后期的研究还需要考虑将总布置等约束条件纳入到船型优化系统 当中，以进一步增强其工程实用性。
2021年计算流体力学在船舶线型优化中的应用
计算流体力学在船舶线型优化中的应用对于计算流体力学来说，其是一门集计算数学、船舶流体力学以及计算机科学于一体的学科，以下是搜集的一篇探究计算流体力学的，供大家阅读参考。
在本文中，将以某船舶计算流体力学为例，在对传统实验流体力学试验计算结果基础上对改型以及船原型性能间的差异，并对CFD在船型优化中的优势进行一定分析。
在我国船舶计算流体力学以及计算机技术不断发展的情况，通过数值理论方式对船舶性能进行分析已经成为了重要、且较为新型的研究手段。
对于计算流体力学来说，其是一门集计算数学、船舶流体力学以及计算机科学于一体的学科，在现今船舶操纵性能、阻力性能以及推进性能积极研究的环境下，成为了对船舶性能进行研究、预报的重要工具。
作为一种对船型优化的新手段，其目前在我国内外得到了较多的应用，已经具有了较为成熟的 ___特点，且已经形成了较多的软件类型，应用在船舶升沉、流场以及船舶阻力计算当中。
虽然CFD理论方式在定量精度方面还存在着一定的不足，但依然能够为我们带来重要的提示，为我们线型阻力性能的评价以及比较具有重要的帮助。
对于RAPID软件来说，其是 ___船舶运输科学研究所从荷兰引进的CFD软件，对于该软件来说，其对非线性势流问题进行了较好的解决，即通过一系列线性问题的应用对非线性、完全稳定的问题解决方案进行得出。
在每一次迭代当中，问题都能够在同距自由液面一定距离位置通过等源网格方式的应用进行解决，并以同DAWSON较为类似的方式对自由液面条件进行处理，能够对船体周围稳定的波系、兴波阻力以及非粘性流进行计算。
同时，其也通过基于raised-panel方式的迭代应用对非线性的势流问题进行解决。
通过该软件的.应用，能够有效对兴波阻力以及波浪的形成情况进行减小。
在计算结构当中，其以可视化的方式对船体表面压力场分布、流线方向、船波系特性以及速度场分布等进行了显示，且在压力分布当中也对粘性流改善方向进行了指出。
通过计算获得的升沉、兴波阻力、波系等数据的应用，设计人员则能够更好的对其设计方案进行评估以及改进，对减少船舶阻力线型的改进方向进行判断。
船体线型最优化设计方法
兴波阻力系数 CW 通过 Rankine 源[10- 11] 法来计
算. 形状影响系数[12 ]
k
=
( V 1Π3 ) L
·(0. 5 CB
+
2γ1. 3 )
CB
(3)
其中 :γ = ( bΠL ) Π[ 1. 3 (1 - CB ) - 0. 031 lcb ] ; V 为排
水体积 ; L 为船长 ; b 为船宽 ; CB 为方形系数 ;γ为
Dalian Universit y of Technology , Dalian 116024 , China)
Abstract : To rapidly produce t he hull form wit h excellent resis2 tance performance , and develop t he program of ship lines opti2 mal design wit h independent intellectual property , taking t he total resistance as objective function , and t he parameters of hull form modification function as t he design variables , t he mat h2 ematical model based on t he non2liner programming ( NL P) met hod was established while ensuring t he appropriate displace2 ment. The high2speed surface ship was selected as initial hull form , and optimizing design was carried out for different areas of fore2body of t he hull form , t hereby t he resistance perfor2 mance and lines characteristics of t he improved hull form were obtained , and its changing rule was also found , which can pro2 vide t he t heory foundation and technical support for new hull de2 velopment and hull form optimization. Key words :hull form ; lines optimization ; Rankine source met h2
船舶航行路径优化算法的研究
船舶航行路径优化算法的研究在广阔的海洋上，船舶的航行路径规划至关重要。
优化船舶航行路径不仅能够提高运输效率、降低燃料消耗，还能增强航行的安全性和可靠性。
随着科技的不断发展，各种船舶航行路径优化算法应运而生，为船舶航行带来了更高效、更智能的解决方案。
船舶航行路径优化面临着诸多复杂的因素和约束条件。
首先，海洋环境多变，包括风、浪、流等自然因素的影响，这些都会对船舶的航行速度和能耗产生显著影响。
其次，船舶的自身性能参数，如船舶的尺寸、吃水深度、动力系统等，也限制了其航行能力。
此外，航线还需要避开各种障碍物，如浅滩、礁石、禁航区等，同时要遵循国际和国内的相关航海法规和规定。
为了解决这些问题，研究人员提出了多种船舶航行路径优化算法。
其中，基于数学模型的算法是早期常用的方法之一。
这类算法通常将船舶航行问题转化为数学优化问题，通过建立目标函数和约束条件，运用数学方法求解最优路径。
例如，线性规划算法可以在一定的约束条件下，找到使航行成本最小化的路径。
然而，这种方法往往对问题进行了简化，难以准确地反映复杂的海洋环境和船舶实际运行情况。
近年来，随着人工智能技术的兴起，智能算法在船舶航行路径优化中得到了广泛应用。
遗传算法就是其中的一种典型代表。
遗传算法通过模拟生物进化的过程，对路径进行不断的迭代和优化。
它从一组初始路径开始，通过选择、交叉和变异等操作，逐步产生更优的路径。
这种算法具有全局搜索能力强、鲁棒性好等优点，但计算量较大，收敛速度相对较慢。
蚁群算法也是一种常用的智能算法。
它模拟了蚂蚁在寻找食物过程中的行为，通过蚂蚁释放信息素的机制来引导路径的搜索和优化。
蚁群算法在解决复杂的组合优化问题上表现出色，但容易陷入局部最优解。
粒子群优化算法则是通过模拟鸟群的觅食行为来优化路径。
粒子在搜索空间中根据自身的速度和位置，以及群体中最优粒子的信息来更新自己的状态。
该算法具有收敛速度快、参数设置简单等优点，但在处理大规模问题时，可能会出现早熟收敛的情况。
船舶结构优化设计方法及应用
船舶结构优化设计方法及应用摘要：时代在快速发展，社会在不断进步，科技的不断发展与进步，对我国船舶建造提出了新的要求，针对结构展开优化设计，能提高船舶建造速度和质量，从而达到预期的建造目标。
在实际优化过程中要根据建造需求，融合现代船舶工程建造特点，利用最新的科学手段进行结构优化设计，确保船舶建造结构具有较强的综合性，并且能够随着科学的进步而创新，从而推动我国船舶建造产业发展。
本文针对船舶结构优化设计方法及应用展开分析，为相关工作人员提供借鉴参考。
关键词：船舶结构；优化设计；应用实践引言船舶结构优化设计，主要是指在符合刚度、强度、频率、稳定性以及制造等各类约束的基础上，充分发挥计算机编程及数学方法的作用，对船舶设计者所注重的结构参数（主要包括结构尺寸、布局、形式等）实施优化，确保目标值达到最优的设计过程。
1船舶建造特点1）建造周期长船舶建造项目周期长，工期都在一年以上，而且各工序之间环环相扣，必须做好全面的施工计划，确定各重大节点的目标时间，按需扩展到各个工序，配备相关作业人员，项目按计划顺利的向下开展。
2）工种类别多船舶建造项目主要分为船体、轮机、管路、电气、涂装、内装这六大类，又可细分为装配工、焊工、打磨工、管工、电工、油漆工、装修工等，工种繁多，而且工种之间联系紧密，需要良好的施工安排和协调管理，促进项目平稳的运转。
3）安全风险高船舶建造行业是高危行业，生产过程中存在大量的焊接、碳刨作业，大型分段吊装作业、高空及临边临水作业、密闭舱室的涂装作业等，都容易造成事故。
只有通过有效管理才能保证项目安全推进。
2船舶结构优化设计方法及应用2.1经典数学规划法数学规划法属于较为传统的规划理论，不过整体相对较为全面，并且具有较大的应用范畴，同时在收敛性上也有一定保障，但也存在较为复杂的计算步骤，收敛所需要的时间也比较长。
例如在针对多个变量的优化方面，就会暴露出很多应用缺陷。
目前数学规划方法在不断完善，而且充分融合了准则法，能够发挥出较多的设计优势，尤其在力学特征等方面，像选取显示逼近、有效限制、连接变量等，大幅度增加了运算速度。
船舶结构优化设计方法及应用
船舶结构优化设计方法及应用摘要：船舶结构设计的优化，将大大提高船舶结构性能，降低设计差错率，有效地提高船舶生产制造质量，减少生产成本。
船舶结构优化设计是一项策略，通过不断发展、完善、优化设计方法保持企业的竞争优势。
本文对具体设计及优化方法进行了探索，在船舶结构优化设计和实施过程中，要对设计方法进行不断的改进，以期取得最佳的效果。
关键词：船舶结构；设计；优化1船舶结构优化设计的关键点1.1纵横向构件设计高强度的箱形三角结构结合双层底结构是顶边舱、底边舱等部位常采用的结构形式，这样能够保证船舶结构的整体刚性和强度。
针对单壳体船舶，应该着重考虑布置方面的优化设计，大多数船舶在双底层结构中，都会选择纵骨架式的设计方案，机舱部分设置主肋板，与此同时还需要注意位置设计，一般主机座、锅炉座下都需要设置主肋板，间距需要控制在3.6m。
另外，大型船舶通常会采用旁龙骨，即设置在龙骨两端部位，且要严格控制间距不少于4.6m。
1.2箱形中桁材设计箱形中桁材，也就是箱型龙骨，其运用也较为普遍，这一设计越来越多地替代了普通龙骨，箱型龙骨设置在船舶双层结构中线下，箱形中桁材一般采用集中布设的方式，具体设计时需要合理控制管道穿越问题，避免给整体操作造成制约。
船舶机舱前端部位，会采用通往箱形中桁材的人孔设计，同时增加水密装置，以确保实际运用中进行检查。
许多的船舶设计项目中还会采用横向骨架替换肋板，或环形框架替换横骨的设计，以提升船舶结构的强度水平。
1.3通风结构设计船舶设置相应的通风系统具有一定的必要性，通常情况下具有极大的分散性，在有限的区域内开设很多的通风口，需要消耗大量的资金成本，且很多舱室都需要根据不同的需求和状况进行设计，经济性非常低。
1）可以将分散性的通风设计理念进行转变，抓住关键问题，特殊问题特殊解决，充分分析公共进风口和出风口，全方位、多层次、多角度地判断风速和通风效益，保证通风性能。
2）在进行通风系统准确性定位的同时，也要注重调节装置的有机结合，对各个通风管系进行科学、合理的把控，最大程度地保障实际通风量低于设计数值，减少因单个通风支管通风负荷过大影响其他通风支管通风。
参数化设计和帆船游艇的优化
参数化设计和帆船游艇的优化斯特凡·哈里斯12克劳斯阿布特3 41998年11月20日本文在马里兰州安纳波利斯14号切萨皮克帆船游艇研讨会将提交，美国;29-301999年1月摘要对于几何造型的一个新的灵活的方法船体的形式呈现。
相关方法是B样条的参数化设计曲线和曲面。
重要形式参数，如位移，浮心，水线面面积等中心被用作高层次的描述的预定形状。
而不是交互操纵的B-样条曲线的顶点，生成过程被视为一个约束优化其中公平性的措施为目标应用的问题功能，顶点将被视为设计变量和表单参数被保留作为平等约束- 使得该方法在B样条建模。
新的设计方法进行了讨论，并数学原理进行了概述。
例子是证明了该参数的适用性方法。
它们包括一个33英尺设计IMS的游艇专注于裸船体无舵和龙骨。
引言在计算机辅助船体设计（CASHD）和特别是在游艇设计船体的建模几何仍然是一个微妙的承诺，依靠经验和精湛工艺的一致好评。
中可用数学表示的B样条是优秀的，因为它们许多有利像局部形状控制，凸包的功能根据坐标系统属性和不变性转型。
形状与轴平行的部分和表面th在被弯曲在各个方向上---在造船经常遇到的问题- 可以轻松容纳。
因此，艺术造型系统中的大部分国家支持B样条技术，并且有几个甚至是建立在它完全。
原产于自由形式的设计，底层大多数游艇设计系统的方法是基于交互式形状生成其中点- 例如B样条的限定的顶点多边形或多面体- 被定位在三维空间，例如见（Rogers和萨特菲尔德，1980）和（填隙等人，1989）。
这必须在一个高度一致的方式进行。
实现期望的形式通常是不平凡的任务因为结果必须适当而公平具体限制，如位移，中心浮力等必须得到满足。
然后手动顶点操作变得相当繁琐。
一旦完成后，修改的几何形状，以适应变化的要求或改善的形状水动力性能的好处是耗时因为手册的非生产性任务整流罩通常花费占主导地位的工作。
当模拟复杂几何形状的表面在设计过程中被频繁再分成铺设了一套横截面曲线（莱彻，1981），并随后产生的表面由放样或蒙皮，后者导致装置B样条曲面表示（伍德沃德，1986和1988年），见下文深入的讨论。
关于船舶结构优化设计的方法及应用分析
关于船舶结构优化设计的方法及应用分析船舶结构设计一般都会由三个环节所组成，第一个环节是进行初步设计，是概述新船的大致轮廓，提出最佳的设计方案。
第二环节是详细设计，是在第一环节总体设计的基础上，对于船舶设计的局部细节进行更进一步的分析与探讨，针对设计中所出现的一些矛盾及问题提出解决措施，然后通过详细的计算和分析，确定船体的结构、材料强度、性能等相关标准与要求。
第三个环节是生产设计，不仅要反映施工工艺要求，还要反映组织建造的生产管理过程，在确定总的建造方针前提下，以详细设计图纸为依据，对之前未完善的问题进行进一步的改良和完善，实现船舶结构优化设计。
關键词：船舶结构；优化设计；方法应用1船舶结构设计理念建立合理的、科学的船舶结构设计理念，能够更好地促进船舶结构设计工作开展，能够对其整个工作质量的提升和优化起到重要的促进作用。
需要对船舶建造的总工作量予以充分认识。
船舶结构中的施工内容也必须予以充分而详尽的考虑，需要就其施工条件予以确认，并结合实际情况而制定出最佳的造船方案，同时还需要绘制出相应的图纸。
此外，还要注重管理人员的沟通和协调，强化整个工作的系统性。
2船舶设计特点2.1货舱开口相对较大为不断提升船舶装载能力，目前在进行船舶结构设计时甲板开口/船宽电压通常>80%，部分甚至达到了93.2%。
但是船舷的纵向甲板条狭窄化的问题依然没有得到有效解除，以导致船体总强度问题偏低的现实问题长期没有得到处理。
2.2航速相对较高相关资料记载，一般船舶的航速通常>24海里，采用相对较大的航速实现增强水动力对船体作用效果的目标。
尤其是首部结构，应对局部强度仔细校对与核实。
与此同时，大功率主机可诱导激振力的生成，此时船舶在设计与制造环节中对防振设计提出更加苛刻的规定。
2.3舱口变形量相对较大宽度与狭窄的甲板为纵向条，以致船体刚性明显被弱化，以致舱口变形量相应增加，进而影响船舶航行的稳定性，故此，后续在对结构在船体结构、舱口盖及绑扎桥的设计与制造过程中，需充分分析舱口大变形量对航速与安稳性产生的影响。
船舶结构优化设计方法及应用
船舶结构优化设计方法及应用摘要：随着我国经济的快速发展，船舶运输行业也有了更大的起色。
信息化时代背景下，船舶制造行业面临的挑战和基于越来越多，为了进一步推动船舶运输行业持续稳定的发展必须不断提高船舶制造的质量，针对当前船舶制造中出现的问题，综合运用船舶结构优化设方法，解决船舶制造中亟待解决问题。
关键词：船舶结构；结构优化；模型优化引言通常情况下船舶结构的复杂程度比较高，并且设计时具有突出的综合性，因此，船舶设计的过程中应该从船舶使用实际需求出发，优化和调整船舶结构设计放啊翻，不断提高船舶结构的合理性和科学性，考虑多方面的影响因素，加大对船舶结构优化方法应用力度。
1设计的基本要点1.1设计理念船舶结构优化设计工作的开展应该从船舶使用性能以及力学性能提升的角度考虑，结合船舶使用的实际需求，不断提高结构设计的效率和质量。
同时，船舶结构设计完成后，应该对船舶结构的稳定性和刚度进行检验，提高使用过程的安全性。
随着信息化时代的不断发展，船舶结构设计时应该明确设计的重点，综合运用人工智能等先进的技术。
船舶结构设计时设计人员应该遵循造价合理、重量较轻以及变形量较小的基本原则，并且协调好各设计阶段的工作，不断提高船舶结构的质量。
1.2设计发展船舶结构优化设计的过程中需要从多个不同的方面进行考虑，该工作是一项约束和目标均模糊性突出的工作。
设计工作开展时设计人员可以结合实际情况构造相应的函数，然后对各个单项目标进行规划，从而找出答案。
模糊判决要求设计人员应该加大对实例的分析力度，充分发挥多目标模糊优化的解决方法，提高船舶结构优化的合理性。
随着科学技术的不断发展，算法也有了明显的改变，船舶结构设计时应该考虑设计的经济性和安全性，减少结构质量的同时，保证船舶结构运行的稳定性，1.3设计阶段船舶结构设计时可以运用数学方法对其进行分析，全面收集船舶结构相关数据信息，建立数学模型。
同时，以具体化的内容代替抽象的东西，运用非线性数据模型以及线性数据特点，建立目标函数。
探讨船舶结构优化设计方法及应用
探讨船舶结构优化设计方法及应用摘要：船舶结构优化设计主要是指对船舶的整体结构进行优化，通过将各种先进的技术和设备应用到船舶设计中，为了能够对船体进行有效优化，必须要在满足船舶安全稳定运行以及环保要求的前提下，对各种参数进行合理设计。
基于此，本文简单讨论船舶结构优化设计方法，深入探讨应用措施，以供参考。
关键词：船舶结构；优化设计；结构优化前言：船舶结构优化设计是一项复杂的系统工程，涉及船舶的材料、强度、刚度、稳定性等多方面内容。
它既要满足船舶的使用要求，又要满足经济性、环保性等要求，同时还需要兼顾结构和功能的协调。
因此，如何优化船舶结构，使其在满足使用要求的同时达到最优性能指标是一个值得深入研究的课题。
1.船舶结构优化设计方法1.1有限元法有限元是一种计算方法，它的基本思想是通过离散，对所研究的对象建立数学模型，并利用数学模型进行分析计算。
在实际的工程应用中，有限元法通常被用于结构分析中的连续介质分析领域。
与连续介质分析相对应的是离散介质分析，实际上就是对连续介质进行离散化。
在实际应用中，有限元方法可分为两类：一类为有限元数值计算方法，另一类为有限元理论方法。
有限元法根据不同的用途可分为弹性结构分析和弹塑性结构分析两个方面。
弹性结构分析是指用来计算各种弹性问题的有限元数值计算方法，它可以通过一些基本微分方程，求出相应的解。
弹塑性结构计算则主要用于对具有一定载荷和约束的工程问题进行分析求解。
有限元法在船舶结构优化设计中有广泛应用，它具有以下几个方面的特点：建模简单，效率高，计算结果稳定，精度高，编程简单，便于工程应用。
1.2控制变量法控制变量法是一种十分有效的结构优化方法，它以船体结构重量为主要设计目标，通过控制变量（例如：舱室形状、尺寸、材料）来获得最优设计方案。
首先建立目标函数（质量和重量），然后通过控制变量来获得优化结果。
控制变量法的关键是合理选择优化参数。
对于船体结构优化设计而言，在满足规范要求的前提下，尽可能选择结构轻量化的结构设计参数，使优化后的结构重量最轻，对于船舶总布置设计而言，通常对结构重量的要求较低（例如：总纵强度、总横强度）。
一种船体型线整体优化设计方法研究
一种船体型线整体优化设计方法研究摘要：船体型线设计是船舶设计过程中重要的一环，船体型线设计的好坏直接影响到船舶的性能。
在本文中，我们提出了一种船体型线整体优化设计方法，通过优化设计，提高船舶的速度性能和燃油经济性。
我们以型号货船为研究对象，通过流体分析和优化技术，对其进行了船体型线设计优化。
通过分析优化结果，我们得出了船体型线的最优设计方案，并对设计方案进行了验证与评估。
最后，我们通过仿真实验和数据分析，验证了该优化方法的有效性，并对今后的研究工作进行了展望与总结。
关键词：船体型线设计；整体优化；流体分析；速度性能；燃油经济性一、引言船舶是人类重要的交通工具之一，船舶的设计和建造对于国家的发展和经济建设起着重要的作用。
在船舶设计中，船体型线设计是船体设计的重要组成部分，船体型线设计的好坏直接影响到船舶的性能和效益。
船体型线设计一直以来是一个重要的研究领域，通过对船体型线的设计和优化，可以提高船舶的速度性能、操纵性能和燃油经济性。
在传统的船体型线设计方法中，设计师通常是根据经验和直觉进行设计，往往存在局部优化和整体不协调的问题，导致设计结果并不理想。
因此，如何进行船体型线整体优化设计成为船舶设计领域的一个重要研究课题。
本文将以型号货船为研究对象，通过流体分析和优化技术，对其进行船体型线设计优化。
通过对流体流动的模拟和优化计算，我们将得出船体型线的最优设计方案，并对设计方案进行验证与评估。
通过对比分析使用传统设计方法和本文提出的整体优化设计方法的结果，我们将验证该优化方法的有效性，并为今后的研究工作提供参考。
二、船体型线整体优化设计方法船体型线整体优化设计方法是一种结合流体力学分析和优化算法的设计方法，通过数学模型和计算机仿真，实现船体型线的整体优化设计。
具体设计步骤如下：1.船体型线建模：首先，对船体进行三维建模，确定船体的外形和结构。
建立数学模型，包括船体的几何特征、流场条件和约束条件。
2.流体分析：通过流体动力学分析软件，对船体在不同流场条件下的性能进行模拟和分析。
基于全参数化建模的多用途船型线优化设计
基于全参数化建模的多用途船型线优化设计段菲;陈鸽;张利军;姜海宁;曹凯【摘要】为提高多用途船的航行性能与营运经济性,在满足布置要求基础上,通过全参数化建模及多种优化算法,针对多用途船船艉、船艏以及全船进行船型优化.采用高精度黏性求解器完成阻力计算,通过对比分析不同优化船型实尺度下的船舶航行阻力及伴流目标函数,完成多用途船的型线优化设计.优化得到的船型较初版型线其剩余阻力减小24.51％,伴流目标函数减小8.6％.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2018(047)005【总页数】6页(P32-36,41)【关键词】多用途船;型线优化;实尺度计算;伴流目标函数【作者】段菲;陈鸽;张利军;姜海宁;曹凯【作者单位】中远海运重工有限公司,辽宁大连116600;中远海运重工有限公司,辽宁大连116600;中远海运重工有限公司,辽宁大连116600;中远海运重工有限公司,辽宁大连116600;中远海运重工有限公司,辽宁大连116600【正文语种】中文【中图分类】U661.31多用途船是继油船、散货船及集装箱船三大主力船型之后市场需求最大的第四大船型，航运市场对多用途船的需求在不断增加，而船舶型线设计直接影响其航行性能和营运经济性。
传统的型线优化设计均在母型船的基础上进行改良，包括基于势流的兴波阻力优化[1]、基于黏流的船艉型线优化[2-3]、以及基于船模试验的型线对比及节能装置对比等[4]，而多用途船的载货种类、载货方式、航线等均有较大差异，基于母型船的设计不但会限制其布置方案，还会影响航行性能。
此外，针对肥大船型的型线优化目前已不再局限于减小静水阻力，其艉部型线对伴流场影响也越来越受到关注。
为此，考虑在满足多用途船布置要求的基础上，通过编写Feature 语句实现船型的全参数化建模，采用多种优化算法分别针对船艉、船艏及全船进行船型优化。
基于高精度黏性求解器，对比分析实尺度下的船舶航行阻力及伴流目标函数，避免尺度效应对船型设计的影响，完成多用途船的型线优化设计。
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＝
＝
（ 阶矩 ） 一
。
１１
式中， 是控制点，｛ 是权重，｛ ｐ ） 是定义在非周期节点矢量 上的ｐ次Ｂ样条基函数。除 ） ）
，
非特 别 说 明 ，一 般假 定 ＝０、 ｂ＝１ 、
可 改写 为
＞０。如 果定 义
，
ｐ ＝
，
，
） Ｚ ，） 则 （ ｗ ｐ ，式１ ￣ ／ ）
５卷 ３
第３ （ 期 总第 ２２期 ） ０
中
国
造
船
Ｖｏ ．３ Ｎｏ３ （ ｅｉ ｌ ． ０ １ ５ ． Ｓｒ ａ Ｎｏ ２ ２）
Ｓ ｐ． ０ ２ ｅ ２ １
２１ ０２年 ９ 月
Ｓ ＩＢ Ｉ ＤＮＧ Ｏ ＨＩＡ Ｈ Ｐ Ｕ Ｌ Ｉ ２ ３０ ６ ．７ ０ ０４ ８ ２ １ ）０ ．０ ８０
（ ａ
ｂ ）
（） １
收稿 日期 ：２ １－２１ ；修 改稿 收稿 日期 ：２ １．７０ ０ １１．９ ０ ２０ －８
５卷 ３
第 ３期 （ 总第 ２ ２期 ） ０
张
辉 ， ： 化算 法在 船体 型线 参数 化设 计 中的应 用 等 优
６ ９
１
起 点 位 置 坐 标
Ｘ
ｒ。 ：
本文依据 由主尺度要素和承载船舶信息的基本曲线建立的数学模型，分别应用牛顿／ 拉夫森迭代法 Ｊ
和 微分 群体 智能 算法［来求解 该 问题 ，并编 制 了 ｃ ＋ ６ ］ ＋ 代码 ，以验证 不 同算 法 的有效性 。
１ 船体 型线参数化设计 的数学模型
本数 学模 型优 先考虑 站线 的参 数化 设计 ，在获 得所 需 的站 线后 ，可 插值得 到其 它类 型 的型线 。 首先 根据 目标 船 舶主 尺度 要素 和基 本 曲线 （ 如横 剖面 面积 分布 曲线 、 首尾轮 廓 线等 ） ，获取某 站 线参 数化 设计 必须 的输入 信 息 ，并 将其 归纳 在表 １中。 最终 得 到的 、满足 上述 条件 的站线 可用 一条 具有 ８个控 制 点的 Ｎ ＢＳ曲线表示 ， 即 ＵＲ
０ 引 言
船 体 型线参 数化 设计 方 法 ，就 是 设计 者根 据 已确 定 的船 舶主 尺度 要素 ，用 数学 方法 构建 满足 实用 要 求 的船 体型 线 。相对 于参 数化 设计 方法 ，传 统 的型 线设计 方 法通 常需 要一个 母 型船 ，再通 过船 型变 换得 到 目标 船 ，这在 大量 采用 Ｃ Ｄ技 术进行 船 型优化 的今 天 ，不 甚方 便 。 Ｆ 参数 化设 计方法 ［虽然 提 出较早 ，但直 到 １９ 年 ，才 由 Ｈａ ｉｓ 用 ＮＵ ＢＳ曲线技术 生成 了较 为 】 ９８ ｒｅ 应 ｒ Ｒ 实用 的船 体型线 ［。国 内学者 也提 出过基 于形状 参数 的船 体型 线设计 方法 Ｌ ２ ］ ３ 圳。 参数 化设 计 方法 的关 键是 建立 从主 尺度 要素 到船 体 型线 的非线 性数 学模 型 ，并求 解之 。 由于需 要 得 到 的是满 足主 尺度 要素 要 求且光 顺 的型 线 ，因此 ，该 数学模 型 相对 复杂 ，通 常可 归结 为多 参数 、多 目标 的优化 问题 ，其求解 过程 也相 对较 难 ，要求其 算法 的鲁 棒性 好 、求解速度 快 。
：
Ｆ＋
ｈ
（ ４）
， １ ］
至 此 ，建立 了非 线性优 化 问题 Ｆ ，未 知变 量是 ５个 曲线控 制 点的坐标 和 ５ 拉格 朗 日乘子 。 个
２ 数 学模 型求 解
２１ 传 统 数 学 方 法 求 解 优 化 ｌ ． 司题
２
Ｙ Ｙ ： Ｂ 。
３
终点位置坐标
Ｘ Ｅ
ｘＥ
ｘ
ｆ ：１
４
ＹＥ Ｙ ： １
５
始 点切 角
对非周期 Ｂ样 条取 Ｖ Ｖ ｏａ
＝
６
终 点切 角
Ｅ
对非周期 Ｂ样条取 Ｖ ２Ｖ ｍ ｍ
一 —
ｌ
７
始点 曲率
Ｂ
Ｃ
，
＝ 一
ｄ
出
） 等
， ， ＝Ｕ
（） ２
为保证 所 得站 线 的光顺 性 ，令其 满足 二 阶应变 能最 小化 的光顺准 则 。二 阶应变 能 的表达 式为
Ｆ ＝Ｅ
＝
（ ３）
中
国
造
船
学术 论文
由此 ，站 线参 数化设 计 问题转化 为求解满 足表 １ 式 （ ）的 ＮＵ ＢＳ曲线 问题 。表 １中的某些 约 和 ３ Ｒ
束在 数值 求解 的开 始 即可 自动满足 ，如 直接 指定 Ｎ Ｂ ＵＲ Ｓ曲线 的第 １ 控制 点和 第 ８控 制 点分别 为 曲线 的起 点和 终 点 。 有些约 束 需作 为约束 条件 在求解 过程 中得 到满足 。 为此 ， 引入 拉格 朗 日乘 子 （ ） 可 ≠Ｏ ， 对 于等式 约束 ｈ 到 ｈ ， ｉ来说 ， 函数 可改 写为
优化算法在船体型线参数化设计 中的应用
张 辉 ，何 术龙，周 秀红
（ 中国船舶科 学研 究中心 ，无锡 ２ ４ ８ ） １０ ２
摘
要
以目 标船舶主尺度要素和承载船舶信 息的基本 曲线为输入信 息，以曲线应变能为 目 函数 ，提 出参数化 标
生成以Ｎ Ｒ Ｓ Ｕ Ｂ 表示船体型线的数学模型， 采用两种优化计算方法（ 牛顿／ 拉夫森迭代法和微分群体智能算法）
８
终 点 曲率
Ｅ
嚣－Ｅ Ｘ ＥＸ ＹＥ ＥＹ
Ｆｘ ） Ｅ ］ ｄ Ｂ ｆ 一 Ｅ ￣ ＋ —Ｂ （ ｙ ｉ ， Ｆｘ ｆ ￣ （ ］ ｃ ＝ ＝ ＋矿 ］ ２
＝
曲线 与 轴 之 间
９
ｉ
Ｌ
的 面 积
所 围 面 积 的 浮 心
来数值求解该模型 ， 比较 了 同算法所得 出的船体 曲线和计算过程。 并 不 结果表 明， 依据本文介绍的数值算 法， 经参数化生成的船体 型线能满足工程应用要求 ，并有望在船 型优 化设计 中应用 。
关 键 词 ：参数化；型线设计；曲线应变能；光顺；智能群体 中图分 类号 ：Ｕ ６． ６２ ２ 文献 标识码 ：Ａ