基于SBD技术的远洋渔船船型优化

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随着国际海事界响应未来绿色经济的发展趋势和要求,绿色船舶的节能减耗成为了大势所趋。船型设计作为船舶总体设计的一个中心部分,对节能减耗来说是一项可以带来深远影响、效果最持久的基本技术。传统的船体型线优化的主流是多方案选优/优选,继续沿用下去很难有突破性的进展并严重制约船体构型的创新设计能力的提高。随着时代进步和技术革新,将最优化技术应用于船舶设计领域,同时与先进的CFD技术相结合,发展形成的SBD(Simulaiton Based Design)技术开创了船型优化设计全新的局面。基于SBD技术思想的船型设计突破了传统船型优化技术的局限性,实现了对目标函数的直接寻优,促使工程设计从传统经验设计模式向知识化设计模式转变,已成为当前国内外的研究热点。因此,本文研究主要着眼于基于SBD技术的新型船型优化设计理念。以某艘远洋渔船为研究对象,围绕全参数化建模展开研究,重点突破船体几何重构技术,同时依托先进可靠的CFD技术并运用最优化技术,综合集成技术建立船型优化设计框架,最后完成总阻力性能最优的船型优化设计。基于此,本文的研究内容主要涉及以下方面。首先,围绕远洋渔船的全参数化建模展开研究。该部分主要分两步进行,其一是船型特征参数的分析和选择,通过分析该船型的几何特征,确定表达船型的主要参数和特征曲线,是全参数化建模的重要前提和基础;其二是根据表达船型的特征参数及曲线完成船体曲面的全参数化建模。全参数化建模建立了船型和主要特征参数及曲线之间的映射关系,实现将船型优化设计转化为了设计更符合目标的特征参数及曲线,从而奠定了快速设计出符合目标船型的基础。其次,在详细阐述基于CFD的船舶阻力数值计算方法的基础上,本文以总阻力性能最优为目标,应用基于Rankine源的势流面元法和RANS法分别求解船型的兴波阻力和粘流阻力,从而完成船型总阻力性能的初步计算。基于CFD的船舶阻力数值计算乃是后续结合最优化技术实现自动优化的重要前提条件。最后,完成以总阻力最优为目标的船型优化。首先依照探究的船型优化问题,建立完整的优化数学模型,然后以创建的远洋渔船全参数化模型,确定合乎实际的设计变量和约束,最终结合CFD数值计算和所选的优化算法,完成船舶总阻力性能相较优秀的优化设计。本文优化后的阻力结果同比下降12.2%,表明本文在SBD技术思想的指导下提出的基于全参数化建模的船型优化设计方法具有较强的工程实用性和广阔的应用前景。
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