面向復(fù)雜船型的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、隨著基于仿真的設(shè)計(jì)（Simulation Based Design，SBD）和多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）等優(yōu)化技術(shù)在船舶設(shè)計(jì)中獲得越來越廣泛的應(yīng)用，而船體曲面的參數(shù)化模型作為整個(gè)船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的模型基礎(chǔ)，對優(yōu)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用有著舉足輕重的作用，因此如何建立有效的船體參數(shù)化模型便成為急需解決的關(guān)鍵問題。
　　通常船體曲面的建?？煞譃槿N類型：傳統(tǒng)建模方法、

2、部分參數(shù)化建模方法和全參數(shù)化建模方法。其中傳統(tǒng)建模方法是以船體的離散型值為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，然后以所謂的“點(diǎn)——線——面”的建模方式對船體曲面進(jìn)行建模。部分參數(shù)化建模方法是以傳統(tǒng)建模方法提供的曲面模型為基礎(chǔ)，對其進(jìn)行參數(shù)化變換，因此部分參數(shù)化建模方法的適用性根本上依賴于傳統(tǒng)建模方法提供的基礎(chǔ)模型。全參數(shù)化建模方法是一種完全由參數(shù)定義曲面的建模方法，該方法擺脫了傳統(tǒng)的型值，船體曲面通過一組形狀參數(shù)集來唯一定義，全參數(shù)化建模方法由于采用了高層級的定

3、義描述符——形狀參數(shù)，因此是目前最為高級的一種船體建模方法。
　　雖然SBD和MDO已經(jīng)逐漸開始應(yīng)用于船舶設(shè)計(jì)，但是由于目前在船體參數(shù)化建模方面還存在較大的不足，特別是對于帶艏艉大曲率變化特征的復(fù)雜船型，這極大的限制了船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用和推廣，因此論文針對復(fù)雜船體曲面的參數(shù)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的研究，涉及的內(nèi)容包括復(fù)雜船體曲面的精確重構(gòu)方法，復(fù)雜船型的全參數(shù)化設(shè)計(jì)方法以及針對曲線曲面光順不變量和光順性泛函的構(gòu)造和分析。
　　論文

4、的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　1.船體曲面重構(gòu)方法的改進(jìn)
　　目前大多數(shù)設(shè)計(jì)人員都是通過傳統(tǒng)建模方法進(jìn)行建模，該方法非常依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，而且對于復(fù)雜船型的建模也存在較大的不足，主要的問題是由于艏艉曲面曲度較大，而型值僅僅是有限的離散數(shù)據(jù)，因此在表達(dá)這部分區(qū)域的曲面時(shí)往往存在較大的問題。本論文以傳統(tǒng)的插值和逼近理論為基礎(chǔ)，通過構(gòu)造廣義站線的方式來得到船體曲面的輪廓曲線，然后采用改進(jìn)的曲面放樣法來獲得精確的船體曲面模型。

5、
　　2.復(fù)雜船型的全參數(shù)化設(shè)計(jì)方法
　　這部分內(nèi)容以前人提出的簡單船型全參數(shù)化設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，首先針對復(fù)雜船型的各類橫剖線構(gòu)造了完整的形狀參數(shù)集，不同的剖面型式對應(yīng)于不同類型的形狀參數(shù)。由于各形狀參數(shù)之間并不是完全獨(dú)立的，因此論文進(jìn)一步研究了參數(shù)間存在的關(guān)聯(lián)和耦合關(guān)系，從而使設(shè)計(jì)者在建模和后續(xù)優(yōu)化過程中能夠合理選定參數(shù)值以及參數(shù)的可行域。
　　根據(jù)之前構(gòu)造的形狀參數(shù)集并以NURBS為曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)方法，提出了船體曲線

6、的參數(shù)化建模方法，構(gòu)造了形狀參數(shù)到船體曲線之間的映射關(guān)系，并提出了基于母型幾何特征的形狀參數(shù)提取方法，之后給出了各類曲線設(shè)計(jì)實(shí)例，論證了本方法的適用性、靈活性和光順性。
　　以參數(shù)化設(shè)計(jì)方法構(gòu)造的船體曲線為基礎(chǔ)，首先分析了設(shè)計(jì)橫剖線的配置和船體曲面的分片準(zhǔn)則；然后采用改進(jìn)的曲面放樣法來構(gòu)造船體曲面模型；最后通過實(shí)例驗(yàn)證了本船體曲面參數(shù)化建模方法的有效性。
　　3.曲線曲面的光順不變量和光順性泛函的構(gòu)造和分析
　　針對目