一种船体型线整体优化设计方法研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
船 舶设 计技 术 的发 展方 向，我 们应 该在 此 基础 上提 高船 舶 设计科 技 水平 ，转 变 新船设 计 理念 ，加 大对 现 有船 型 的优 化 力度 。 传 统 的船 型优 化是 根据 经验 ，人 为直接 改 进其 几何 形状 ，对 目标船 型进 行各 项水 动 力模 型试 验 。
优化 。
所建优 化 平 台的主要 工作流 程如 图 １ 所示。
ＤＥ Ｐ － Ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｅ ｒ
Ｃ Ｆ Ｄ分 析软件
图 １ 工作流程 图
２ 船体型线整 体优化
船 体型线 整体 优化 所采用 的方法 是 ，通 过 改变船 体若 干站 的横 剖面 的纵 向位置 ， 即沿纵 向调 整船
５ ４卷
第４ 期船
ｖ ０ Ｉ ． ５ ４ Ｎｏ ． ４ （ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ Ｉ Ｎｏ ． ２ ０ ７ ）
Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ３
２ ０ １ ３年 １ ２月
Ｓ Ｈ碑ＢＵＩ ＵＤ Ｉ ＮＧ ＯＦ ＣＨ Ａ
文章编号 ：１ ０ ０ ０ ． ４ ８ ８ ２（ ２ ０ １ ３ ）０ ４ － ０ ０ ０ １ － ０ ９
策 略与 传统船 型 修改 或设 计方 法 、设计 流程 ，更 为贴 近或 更 为清 晰地对 应 。 Ｋｉ ｍ，Ｙ ａ ｎ ｇ在 文献 ［ ３ ］ 中，通 过对 Ｓ ＡＣ （ Ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｒ ｅ ａ Ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ） 的调 整 ，实现 对船 体 的整体 调整 。文 中构 建 的整 体方法 ，允 许 Ｓ ＡＣ变 化 的方式 、幅度 较 有 限 。比如 ，让允 许变 化 的范 围和 位 置 固定 不变 。 由文 中 ｃ ａ ｓ ｅ ｌ 可 以看 出 ， 其 后果 是单 一使 用该 文构 建 的整体 方法 ， 并 未实现 幅度 较大 的纵 向整 体调 整和 明显 的性 能改 善 。 由其 ｃ ａ ｓ ｅ ２算 例可 见 ，其 实这 一 点反而 是通 过单 一 的局 部 方法才 得 以实现 的 。可见 ， 仅 通过 局 部方 法 ，也 可 引起 幅度足 够 的面积 纵 向整体 调整 。但 这 通常 需要 调整 多 处横 剖面 ，往 往 需要
考察 ，显示其切 实可行 而且有效。
关
键
词 ：数值优化集成系统；曲面参数化；Ｆ Ｆ Ｄ技术；Ｓ Ｂ Ｄ技术 文献 标识 码 ：Ａ
中图 分类 号 ：Ｕ ６ ６ ２ ． ２
０ 引 言
新船能效设计指数 （ Ｅ Ｅ Ｄ Ｉ ）的逐步施行 ，对我国船舶工业造成很大冲击。Ｅ Ｅ Ｄ Ｉ公式指 明了未来
身的体积分布 ，来改变船身的横剖面面积 曲线 ，并进而引起浮心位置的变化。
２ ． １ 优化 对象
为演 绎本 文所 提 出的船体 型线 整体 优化方 法 ，选取 的船 体型 线优 化对 象为 Ｋ Ｃ Ｓ船 。船 体主 要参数 见表 １ 。在 Ｆ ｒ ＝ ０ ． ２ ６时 ，实现船 体 的整体优 化 。
表 １ ＫＣ Ｓ主 尺 度
￡ ｐ 加
Ｌ ｗ １ ／ ｍ ２ ３ ２ ． ５ ３ ２ ． ２
１ ０． ８
Ｂ ／ ｍ
Ｔ ／ ｍ Ｖ ｓ ／ ｋ ｎ
Ｆｒ
２ ４
０． ２ ６
２ ． ２ 优 化设 计
对优 化 问题进行 分析 ，建立 优 化 问题 的如 下数 学模型 。
较多的设计变量，效率较低 。两者组合应用 的 ｃ ａ ｓ ｅ ３ ，使效果进一步显著，但使需要的设计变量更多。 本文依托数值优化集成系统 ，采用 曲面参数化基础上的 自由变形 （ Ｆ Ｆ Ｄ）技术，探讨了一种新的
船 体 曲面 整体优 化方 法 ，并对 这 一方 法进行 了概念 性 的演示 和考 察 ，显示 其切 实可 行而 且有 效 。
（ １ ） 目标 函数
在 优化 点 （ Ｆ ｒ ＝ Ｏ ． ２ ６ ）处 ，兴波 阻力 系数 Ｃ ｗ最小 。兴波 阻力 系数 采用 波形积 分法 中的横切 积分 方 法计 算 。 由该 方法得 到 的兴波 阻力 系数 ，对不 同方 案 的优 劣判 断相 对 比较 可 靠Ｌ ５ ｊ 。
这种传统的设计模式，强烈依赖于设计师经验，并且设计周期长 ，对于新型船型的开发和设计 ，这种
基 于工 程 回归分 析 和经 验 的传 统设计 方 法越 来 越无 能为 力 。近年 ，船体 型线 自动 优化 技术 快速 发 展 ，
已取 得积 极进 展 Ｊ 。
当前，出现 了一种新研究方 向，试 图让设计变量与船型参数更为直接地相关 ，使优化过程或优化
一
种船体型线整体优化设计方法研 究
陈红梅 ，于 海 ，蔡 荣泉
（ 中国船舶及 海洋工程设计研 究院，上海 ２ ０ ０ ０ １ １ ）
摘
要
依托数值优化集成系统，采用曲面参数化基础上的自由变形 （ Ｆ Ｆ Ｄ） 技术，探讨了一种船体曲面整体优
化方法 。通过适 当 设定控 制点及其 变化方式，简 易而直截 了当地 实现 了 横剖 面的刚性纵 向移动 。以浮心纵 向 位 置构建 约束条件 ， 以 较少 的设计 变量 ，取得 较明显的阻力性 能收益。对这 一方法 ，进行 了 概念性 的演示和
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ ． ０ ４ － ０ ３ ；修 改稿 收稿 日期 ：２ ０ １ ３ ． １ ２ ０６ －
中
国
造
船
学 术 论文
１ 数值优 化集成系统
本文 依托 数值优 化集 成系 统［ ４ － ５ ］ 进行研 究 工作 。该集 成系 统 由优 化平 台软件 Ｏ Ｐ Ｔ Ｉ ＭＵＳ 、 曲面变 形 软件 ＤＥ Ｐ － Ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｅ ｒ 、船舶性 能评 估 Ｃ Ｆ Ｄ软件 Ｓ Ｈ Ｉ Ｐ Ｆ Ｌ ＯＷ 以及 自编 Ｃ ＡＤ 与 Ｃ Ｆ Ｄ 之 间 的数据转 换接 口 软件 Ｇ ｒ ｉ ｄ Ｏｆ ｆ ｓ ｅ ｔ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ． ｅ ｘ ｅ 组成。 在 船 舶设计初 期 ，可 以采 用 该集成 系统 进行船 体 曲面 的水动力 性 能的
优化 。
所建优 化 平 台的主要 工作流 程如 图 １ 所示。
ＤＥ Ｐ － Ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｅ ｒ
Ｃ Ｆ Ｄ分 析软件
图 １ 工作流程 图
２ 船体型线整 体优化
船 体型线 整体 优化 所采用 的方法 是 ，通 过 改变船 体若 干站 的横 剖面 的纵 向位置 ， 即沿纵 向调 整船
５ ４卷
第４ 期船
ｖ ０ Ｉ ． ５ ４ Ｎｏ ． ４ （ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ Ｉ Ｎｏ ． ２ ０ ７ ）
Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ３
２ ０ １ ３年 １ ２月
Ｓ Ｈ碑ＢＵＩ ＵＤ Ｉ ＮＧ ＯＦ ＣＨ Ａ
文章编号 ：１ ０ ０ ０ ． ４ ８ ８ ２（ ２ ０ １ ３ ）０ ４ － ０ ０ ０ １ － ０ ９
策 略与 传统船 型 修改 或设 计方 法 、设计 流程 ，更 为贴 近或 更 为清 晰地对 应 。 Ｋｉ ｍ，Ｙ ａ ｎ ｇ在 文献 ［ ３ ］ 中，通 过对 Ｓ ＡＣ （ Ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｒ ｅ ａ Ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ） 的调 整 ，实现 对船 体 的整体 调整 。文 中构 建 的整 体方法 ，允 许 Ｓ ＡＣ变 化 的方式 、幅度 较 有 限 。比如 ，让允 许变 化 的范 围和 位 置 固定 不变 。 由文 中 ｃ ａ ｓ ｅ ｌ 可 以看 出 ， 其 后果 是单 一使 用该 文构 建 的整体 方法 ， 并 未实现 幅度 较大 的纵 向整 体调 整和 明显 的性 能改 善 。 由其 ｃ ａ ｓ ｅ ２算 例可 见 ，其 实这 一 点反而 是通 过单 一 的局 部 方法才 得 以实现 的 。可见 ， 仅 通过 局 部方 法 ，也 可 引起 幅度足 够 的面积 纵 向整体 调整 。但 这 通常 需要 调整 多 处横 剖面 ，往 往 需要
考察 ，显示其切 实可行 而且有效。
关
键
词 ：数值优化集成系统；曲面参数化；Ｆ Ｆ Ｄ技术；Ｓ Ｂ Ｄ技术 文献 标识 码 ：Ａ
中图 分类 号 ：Ｕ ６ ６ ２ ． ２
０ 引 言
新船能效设计指数 （ Ｅ Ｅ Ｄ Ｉ ）的逐步施行 ，对我国船舶工业造成很大冲击。Ｅ Ｅ Ｄ Ｉ公式指 明了未来
身的体积分布 ，来改变船身的横剖面面积 曲线 ，并进而引起浮心位置的变化。
２ ． １ 优化 对象
为演 绎本 文所 提 出的船体 型线 整体 优化方 法 ，选取 的船 体型 线优 化对 象为 Ｋ Ｃ Ｓ船 。船 体主 要参数 见表 １ 。在 Ｆ ｒ ＝ ０ ． ２ ６时 ，实现船 体 的整体优 化 。
表 １ ＫＣ Ｓ主 尺 度
￡ ｐ 加
Ｌ ｗ １ ／ ｍ ２ ３ ２ ． ５ ３ ２ ． ２
１ ０． ８
Ｂ ／ ｍ
Ｔ ／ ｍ Ｖ ｓ ／ ｋ ｎ
Ｆｒ
２ ４
０． ２ ６
２ ． ２ 优 化设 计
对优 化 问题进行 分析 ，建立 优 化 问题 的如 下数 学模型 。
较多的设计变量，效率较低 。两者组合应用 的 ｃ ａ ｓ ｅ ３ ，使效果进一步显著，但使需要的设计变量更多。 本文依托数值优化集成系统 ，采用 曲面参数化基础上的 自由变形 （ Ｆ Ｆ Ｄ）技术，探讨了一种新的
船 体 曲面 整体优 化方 法 ，并对 这 一方 法进行 了概念 性 的演示 和考 察 ，显示 其切 实可 行而 且有 效 。
（ １ ） 目标 函数
在 优化 点 （ Ｆ ｒ ＝ Ｏ ． ２ ６ ）处 ，兴波 阻力 系数 Ｃ ｗ最小 。兴波 阻力 系数 采用 波形积 分法 中的横切 积分 方 法计 算 。 由该 方法得 到 的兴波 阻力 系数 ，对不 同方 案 的优 劣判 断相 对 比较 可 靠Ｌ ５ ｊ 。
这种传统的设计模式，强烈依赖于设计师经验，并且设计周期长 ，对于新型船型的开发和设计 ，这种
基 于工 程 回归分 析 和经 验 的传 统设计 方 法越 来 越无 能为 力 。近年 ，船体 型线 自动 优化 技术 快速 发 展 ，
已取 得积 极进 展 Ｊ 。
当前，出现 了一种新研究方 向，试 图让设计变量与船型参数更为直接地相关 ，使优化过程或优化
一
种船体型线整体优化设计方法研 究
陈红梅 ，于 海 ，蔡 荣泉
（ 中国船舶及 海洋工程设计研 究院，上海 ２ ０ ０ ０ １ １ ）
摘
要
依托数值优化集成系统，采用曲面参数化基础上的自由变形 （ Ｆ Ｆ Ｄ） 技术，探讨了一种船体曲面整体优
化方法 。通过适 当 设定控 制点及其 变化方式，简 易而直截 了当地 实现 了 横剖 面的刚性纵 向移动 。以浮心纵 向 位 置构建 约束条件 ， 以 较少 的设计 变量 ，取得 较明显的阻力性 能收益。对这 一方法 ，进行 了 概念性 的演示和
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ ． ０ ４ － ０ ３ ；修 改稿 收稿 日期 ：２ ０ １ ３ ． １ ２ ０６ －
中
国
造
船
学 术 论文
１ 数值优 化集成系统
本文 依托 数值优 化集 成系 统［ ４ － ５ ］ 进行研 究 工作 。该集 成系 统 由优 化平 台软件 Ｏ Ｐ Ｔ Ｉ ＭＵＳ 、 曲面变 形 软件 ＤＥ Ｐ － Ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｅ ｒ 、船舶性 能评 估 Ｃ Ｆ Ｄ软件 Ｓ Ｈ Ｉ Ｐ Ｆ Ｌ ＯＷ 以及 自编 Ｃ ＡＤ 与 Ｃ Ｆ Ｄ 之 间 的数据转 换接 口 软件 Ｇ ｒ ｉ ｄ Ｏｆ ｆ ｓ ｅ ｔ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ． ｅ ｘ ｅ 组成。 在 船 舶设计初 期 ，可 以采 用 该集成 系统 进行船 体 曲面 的水动力 性 能的