船體型線設(shè)計(jì)是船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的難點(diǎn),船體型線設(shè)計(jì)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(jì)中,設(shè)計(jì)時(shí)間較長(zhǎng),設(shè)計(jì)過程過于復(fù)雜化,降低了設(shè)計(jì)效率。而采用光順數(shù)學(xué)模型和振動(dòng)數(shù)理論可顯著提升設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。本文從闡述光順數(shù)學(xué)模型和振動(dòng)數(shù)理論入手,分析了船體型線優(yōu)化設(shè)計(jì)流程,并提出光順數(shù)學(xué)模型與振動(dòng)數(shù)理論在船體型線優(yōu)化設(shè)計(jì)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

【文章頁(yè)數(shù)】：3 頁(yè)

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基于光順數(shù)學(xué)理論下的第一振動(dòng)數(shù)變動(dòng)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?yàn)檎駝?dòng)數(shù)R過多。在曲線時(shí)，振動(dòng)數(shù)R為拐點(diǎn)數(shù)，當(dāng)R或者曲線不呈現(xiàn)出連續(xù)變化時(shí)，雖然R仍然存在，但是拐點(diǎn)卻沒有了；第二振動(dòng)數(shù)S的計(jì)算公式為，曲線圖如圖2所示。曲線無拐點(diǎn)，當(dāng)?shù)谝徽駝?dòng)數(shù)R為0時(shí)，，當(dāng)x發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，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(dòng)數(shù)變動(dòng)曲線圖Fig.1CurveofthefirstvibrationnumbervariationbasedonFairingmathematicaltheory圖2基于光順數(shù)學(xué)理論下的第二振動(dòng)數(shù)變動(dòng)曲線圖Fig.2Curveofthesecondvibrationnumbervariationbasedonthetheoryoffairingmathematics2船體型線優(yōu)化設(shè)計(jì)流程在船體型線優(yōu)化設(shè)計(jì)中要采用非線性規(guī)劃法設(shè)計(jì)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(dá)到最小值。在設(shè)計(jì)中，要確定設(shè)計(jì)變化，對(duì)船體形狀參數(shù)進(jìn)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(dòng)。同時(shí)，在船體型線設(shè)計(jì)時(shí)還要確定約束條件，要求算法中的模型變量為非負(fù)值；優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)后的船型各點(diǎn)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(jì)流程如圖3所示。先獲取各項(xiàng)初始型值文件，包括輸入要素、變量個(gè)數(shù)、航速等，再優(yōu)化計(jì)算約束條件，對(duì)船體型線進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)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(jì)流程圖Fig.3Flowchartofoptimizationdesignofshipshapeline3光順數(shù)學(xué)模型與振動(dòng)數(shù)理論在船體型線優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用3.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則CrCry′2y

形狀參數(shù)進(jìn)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(dòng)。同時(shí)，在船體型線設(shè)計(jì)時(shí)還要確定約束條件，要求算法中的模型變量為非負(fù)值；優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)后的船型各點(diǎn)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(jì)流程如圖3所示。先獲取各項(xiàng)初始型值文件，包括輸入要素、變量個(gè)數(shù)、航速等，再優(yōu)化計(jì)算約束條件，對(duì)船體型線進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)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(jì)流程圖Fig.3Flowchartofoptimizationdesignofshipshapeline3光順數(shù)學(xué)模型與振動(dòng)數(shù)理論在船體型線優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用3.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)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(jì)需要滿足三次樣條曲線和連續(xù)性準(zhǔn)則的要求，確定出2項(xiàng)振動(dòng)數(shù)的目標(biāo)值。船體型線包括縱剖線、水線、戰(zhàn)線等，這些曲線的振動(dòng)數(shù)R=拐點(diǎn)數(shù)，拐點(diǎn)數(shù)一般取值為0，1，2，而對(duì)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(jì)來看，拐點(diǎn)數(shù)都≤3。令r表示理論拐點(diǎn)數(shù)，為實(shí)際拐點(diǎn)數(shù)，則在≤r時(shí)可滿足R準(zhǔn)則的要求。在確定振動(dòng)數(shù)S的目標(biāo)值時(shí)，需要借助曲率函數(shù)進(jìn)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(zhǔn)則要求。第42卷王麗：光順數(shù)學(xué)模型與振動(dòng)數(shù)理論在船體型線優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用·11·

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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