船體型線設(shè)計是船舶設(shè)計領(lǐng)域中的難點,船體型線設(shè)計是否合理直接關(guān)系到船舶航行阻力、航速以及航行的穩(wěn)定性。在傳統(tǒng)的船體型線設(shè)計中,設(shè)計時間較長,設(shè)計過程過于復(fù)雜化,降低了設(shè)計效率。而采用光順數(shù)學(xué)模型和振動數(shù)理論可顯著提升設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。本文從闡述光順數(shù)學(xué)模型和振動數(shù)理論入手,分析了船體型線優(yōu)化設(shè)計流程,并提出光順數(shù)學(xué)模型與振動數(shù)理論在船體型線優(yōu)化設(shè)計中的具體應(yīng)用。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(14)北大核心

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基于光順數(shù)學(xué)理論下的第一振動數(shù)變動曲線圖Fig.1CurveofthefirstvibrationnumbervariationbasedonFairingmathematicaltheory

?齲?LMS算法仿真曲線如圖1所示。曲線纏繞x軸，呈凹凸變化，這是因為振動數(shù)R過多。在曲線時，振動數(shù)R為拐點數(shù)，當R或者曲線不呈現(xiàn)出連續(xù)變化時，雖然R仍然存在，但是拐點卻沒有了；第二振動數(shù)S的計算公式為，曲線圖如圖2所示。曲線無拐點，當?shù)谝徽駝訑?shù)R為0時，，當x發(fā)生變化時，會產(chǎn)生劇烈波動，即曲線出現(xiàn)不光順的問題。圖1基于光順數(shù)學(xué)理論下的第一振動數(shù)變動曲線圖Fig.1CurveofthefirstvibrationnumbervariationbasedonFairingmathematicaltheory圖2基于光順數(shù)學(xué)理論下的第二振動數(shù)變動曲線圖Fig.2Curveofthesecondvibrationnumbervariationbasedonthetheoryoffairingmathematics2船體型線優(yōu)化設(shè)計流程在船體型線優(yōu)化設(shè)計中要采用非線性規(guī)劃法設(shè)計最小阻力船型，要求興波阻力、粘合力和平板摩擦阻力之和達到最小值。在設(shè)計中，要確定設(shè)計變化，對船體形狀參數(shù)進行調(diào)節(jié)，確保船體型變量值中的水線、船底、前后端的相關(guān)變量值都在固定范圍內(nèi)變動。同時，在船體型線設(shè)計時還要確定約束條件，要求算法中的模型變量為非負值；優(yōu)化設(shè)計后的船型排水體積明顯大于未改良的排水體積；優(yōu)化設(shè)計后的船型各點型值與之前變形量差值不得小于0。船體型線優(yōu)化設(shè)計流程如圖3所示。先獲取各項初始型值文件，包括輸入要素、變量個數(shù)、航速等，再優(yōu)化計算約束條件，對船體型線進行優(yōu)化，設(shè)計出最小阻力船型，有效降低排水體積和吃水量，得到曲線光順、阻力最小的船體型線。圖3船體型線優(yōu)化設(shè)計流程圖Fig.3Flowchartofoptimizationdesignofshipshapeline3光順數(shù)學(xué)模型與振動數(shù)理論在船體型線優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用3.1設(shè)計準則CrCry′2y

形狀參數(shù)進行調(diào)節(jié)，確保船體型變量值中的水線、船底、前后端的相關(guān)變量值都在固定范圍內(nèi)變動。同時，在船體型線設(shè)計時還要確定約束條件，要求算法中的模型變量為非負值；優(yōu)化設(shè)計后的船型排水體積明顯大于未改良的排水體積；優(yōu)化設(shè)計后的船型各點型值與之前變形量差值不得小于0。船體型線優(yōu)化設(shè)計流程如圖3所示。先獲取各項初始型值文件，包括輸入要素、變量個數(shù)、航速等，再優(yōu)化計算約束條件，對船體型線進行優(yōu)化，設(shè)計出最小阻力船型，有效降低排水體積和吃水量，得到曲線光順、阻力最小的船體型線。圖3船體型線優(yōu)化設(shè)計流程圖Fig.3Flowchartofoptimizationdesignofshipshapeline3光順數(shù)學(xué)模型與振動數(shù)理論在船體型線優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用3.1設(shè)計準則CrCry′2yn(x)基于光順數(shù)學(xué)理論的船體型線優(yōu)化設(shè)計需要滿足三次樣條曲線和連續(xù)性準則的要求，確定出2項振動數(shù)的目標值。船體型線包括縱剖線、水線、戰(zhàn)線等，這些曲線的振動數(shù)R=拐點數(shù)，拐點數(shù)一般取值為0，1，2，而對于船體型線上的特殊線型應(yīng)取值為3。從現(xiàn)有的船體型線設(shè)計來看，拐點數(shù)都≤3。令r表示理論拐點數(shù)，為實際拐點數(shù)，則在≤r時可滿足R準則的要求。在確定振動數(shù)S的目標值時，需要借助曲率函數(shù)進行分析，以在曲率線上直觀反映出原曲線的凹凸。曲率曲線屬于非線性參數(shù)，為降低參數(shù)確定的難度，可假設(shè)≤1，將其函數(shù)轉(zhuǎn)換為，可將非線性參數(shù)轉(zhuǎn)化為線性參數(shù)問題。在線性參數(shù)模型中，集中載荷變化是導(dǎo)致曲線凹凸變化的重要因素，一般凹凸區(qū)間越小，則曲線雙順度越高，以滿足S準則要求。第42卷王麗：光順數(shù)學(xué)模型與振動數(shù)理論在船體型線優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用·11·

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3439793