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轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法

张彦儒 林焰 陆丛红 纪卓尚

张彦儒, 林焰, 陆丛红, 纪卓尚. 轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(5): 30-37, 45. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.004
引用本文: 张彦儒, 林焰, 陆丛红, 纪卓尚. 轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(5): 30-37, 45. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.004
ZHANG Yanru, LIN Yan, LU Conghong, JI Zhuoshang. Lightweight hull surface self-design vertical parameterization method based on NURBS[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(5): 30-37, 45. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.004
Citation: ZHANG Yanru, LIN Yan, LU Conghong, JI Zhuoshang. Lightweight hull surface self-design vertical parameterization method based on NURBS[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(5): 30-37, 45. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.004

轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.004
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 E091002-51109033

详细信息
    作者简介:

    张彦儒, 男, 1985年生, 博士生。研究方向:计算机辅助船舶设计。E-mail:zhangyanru96@163.com

    林焰, 男, 1963年生, 教授, 博士生导师。研究方向:船舶与海洋结构物数字化设计方法与软件开发。E-mail:linyanly@dlut.edu.cn

    纪卓尚, 男, 1938年生, 教授, 博士生导师。研究方向:船舶与海洋结构物设计制造技术。E-mail:jizshang@dlut.edu.cn

    通信作者:

    陆丛红(通信作者), 女, 1972年生, 博士, 副教授。研究方向:船舶设计及设计共性基础技术。E-mail:lchcad@dlut.edu.cn

  • 中图分类号: U662.2

Lightweight hull surface self-design vertical parameterization method based on NURBS

知识共享许可协议
轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法张彦儒,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  当前常规的船体曲面设计局限于现有母型船设计空间,并且不能以足够少的参数驱动生成设计船型。为了解决上述问题,  方法  将吃水函数与NURBS方法相结合,提出船舶自行设计垂向参数化方法。以船体水线为基本设计单元,以平底线、设计水线、首尾轮廓线、平边线及最大横剖线为特征约束,以特征参数对应的吃水函数值为设计目标,建立水线逼近模型。可应用进化算法对该逼近模型进行求解,最后通过蒙皮法生成船体曲面。  结果  相关特征线的设计实例表明了该方法的实用性和先进性。  结论  应用该方法可以通过尽可能少的数据量完成船体曲面设计,且更适用于新船型的自行设计。
  • 图  1  船体曲面特征线

    Figure  1.  Characteristic curves of hull surface

    图  2  水线分段

    Figure  2.  Waterline segmentation

    图  3  水线前体特征参数

    Figure  3.  Characteristic parameter of waterline forebody

    图  4  水线前体控制顶点分布

    Figure  4.  Control points setting for the waterline forebody

    图  5  首轮廓线的控制顶点分布

    Figure  5.  Control points setting for the stem contour

    图  6  尾轮廓线的控制顶点分布

    Figure  6.  Control points setting for the stern contour

    图  7  圆舭型舯剖面

    Figure  7.  Round bilge type of midship section

    图  8  设计水线(7 000 WL)设计结果及控制顶点分布

    Figure  8.  Designed waterline(7 000 WL)design results and control points distribution

    图  9  水线设计结果及其控制点分布

    Figure  9.  Waterline design results and control p

    图  10  船体曲面

    Figure  10.  Hull surface

    球艏长度 Lbf
    球艏高度 Hbf
    首轮廓线悬伸部分长度 OHf
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    艉轴中心线高度 H
    艉柱轴毂高度 h
    球艉长度 Lba
    球艉高度 Hba
    尾轮廓线悬伸部分长度OHa
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    表  1  设计水线(7 000 WL)的设计目标、设计逼近数据及其相对误差

    Table  1.   Design objective, approximate design data and errors of the designed waterline(7 000 WL)

    Forebody Afterbody
    Awf /m2 CGxf/m CGyf/m Awa /m2 CGxa /m CGya/m
    Design objective 168.123 867 33.957 682 3.556 745 187.357 002 37.655 673 3.514 651
    Approximate design data 168.123 879 33.953 542 3.556 738 187.361 427 37.655 992 3.514 643
    |Error| × 1 000 0.000 1 0.121 9 0.002 0 0.023 6 0.008 5 0.002 3
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    表  2  设计水线(7 000 WL)的控制顶点坐标及权因子

    Table  2.   Control points and weights of the designed waterline(7 000 WL)

    Forebody Afterbody
    x y ω x y ω
    50.764 0.405 1 53.799 3.348 1
    46.868 2.715 17.5 45.618 5.463 33.116
    39.153 6.894 38.466 40.420 7.300 31.292
    28.916 8.6 18.161 28.793 8.6 29.995
    23.257 8.6 1 25.5 8.6 1
    0 8.6 1 0 8.6 1
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    表  3  整个船体型线的设计目标、设计逼近数据及其相对误差

    Table  3.   Design objective, approximate design data and errors of the designed hull lines

    Waterline height /m Forebody Afterbody
    Awf /m2 CGxf/m CGyf/m Awa /m2 CGxa/m CGya/m
    0 Design objective 143.331 317 22.774 2.547 140.048 9 22.071 2.656
    Approximate design data 143.461 342 22.773 2.550 140.052 22.093 2.650
    |Error| /% 0.091 0.004 0.113 0.002 0.1 0.19
    0.5 Design objective 202.543 392 24.669 3.139 193.181 8 23.585 3.245
    Approximate design data 202.514 694 24.601 3.154 193.531 5 23.595 3.266
    |Error| /% 0.014 0.272 0.489 0.18 0.04 0.66
    1 Design objective 227.761 633 25.501 3.356 209.356 1 23.887 3.449
    Approximate design data 227.855 187 25.455 3.358 209.208 4 23.890 3.454
    |Error| /% 0.041 0.183 0.046 0.07 0.01 0.14
    2 Design objective 254.651 539 26.553 3.554 224.0142 24.329 3.624
    Approximate design data 255.067 469 26.376 3.564 225.052 7 24.351 3.610
    |Error| /% 0.163 0.666 0.290 0.46 0.09 0.39
    3 Design objective 202.169 826 31.044 3.419 158.144 3 29.42 3.442
    Approximate design data 203.211 047 31.022 3.452 158.061 7 29.417 3.443
    |Error| /% 0.515 0.071 0.960 0.05 0.01 0.02
    4 Design objective 193.667 993 32.434 3.448 149.284 2 31.001 3.478
    Approximate design data 193.600 563 32.245 3.452 149.322 5 30.918 3.490
    |Error| /% 0.035 0.585 0.128 0.03 0.27 0.33
    5 Design objective 179.187 594 32.550 3.540 151.078 6 32.908 3.431
    Approximate design data 179.175 368 32.594 3.521 150.8809 32.865 3.440
    |Error| /% 0.007 0.136 0.539 0.13 0.13 0.27
    6 Design objective 171.418 285 33.361 3.506 172.988 189 35.939 3.351
    Approximate design data 171.472 260 33.341 3.511 172.987 932 35.928 3.355
    |Error| /% 0.031 0.062 0.149 0.00 0.03 0.12
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    表  4  水线控制顶点坐标及权因子

    Table  4.   Control points and weights of the waterline

    Waterline height /m Control points and weights
    0 Forebody x 46.175 41.575 24.842 18.917 10.2 0
    y 0.265 0.950 5.099 6.6 6.6 6.6
    ω 1 16.244 2 42.998 8 4.1526 1 1
    Afterbody x 40.311 34.476 31.086 19.353 10.2 0
    y 1.006 2.752 3.765 6.6 6.6 6.6
    ω 1 47.842 3 21.01 03 5.564 1 1
    0.5 Forebody x 50.524 45.355 27.806 21.868 10.2 0
    y 0.321 1.301 6.349 7.923 7.923 7.923
    ω 1 29.821 6 22.807 4 2.495 9 1 1
    Afterbody x 45.119 40.596 33.483 21.924 10.2 0
    y 0.505 1.932 5.056 7.923 7.923 7.923
    ω 1 23.176 7 33.8524 7.392 7 1 1
    1 Forebody x 51.906 49.449 32.952 24.832 10.2 0
    y 0.321 0.864 5.629 8.332 8.332 8.332
    ω 1 29.821 6 22.807 4 2.495 9 1 1
    Afterbody x 46.348 37.270 33.755 19.019 10.2 0
    y 0.495 3.399 6.309 8.332 8.332 8.332
    ω 1 38.100 3 26.036 5 19.653 2 1 1
    2 Forebody x 53.017 50.209 31.775 17.057 10.2 0
    y 0.266 1.030 8.005 8.6 8.6 8.6
    ω 1 29.821 6 22.807 4 2.495 9 1 1
    Afterbody x 48 47.823 44.151 28.688 10.2 0
    y 0.4 0.455 0.953 8.6 8.6 8.6
    ω 1 13.538 4 31.350 6 8.887 1 1
    3 Forebody x 53.280 44.236 34.814 24.662 17.786 0
    y 0.246 3.698 6.900 8.600 8.6 8.6
    ω 1 29.821 6 22.807 4 2.495 9 1 1
    Afterbody x 47.514 43.146 32.692 21.046 19.089 0
    y 0.015 1.794 7.669 8.6 8.6 8.6
    ω 1 15.1163 37.1464 41.1599 1 1
    4 Forebody x 52.954 52.061 49.354 28.506 19.652 0
    y 0.210 0.612 2.577 8.6 8.6 8.6
    ω 1 29.821 6 22.807 4 2.495 9 1 1
    Afterbody x 47.402 45.539 36.730 25.694 21.275 0
    y 0.015 0.794 6.486 8.6 8.6 8.6
    ω 1 44.642 3 43.839 9 12.647 6 1 1
    5 Forebody x 51.492 48.154 38.673 28.815 21.131 0
    y 0.212 1.974 6.287 8.6 8.6 8.6
    ω 1 29.821 6 22.807 4 2.495 9 1 1
    Afterbody x 49.714 49.708 36.819 26.510 23.008 0
    y 0.015 0.017 7.096 8.6 8.6 8.6
    ω 1 32.986 3 36.840 4 14.057 1 1 1
    6 Forebody x 50.845 44.121 35.617 27.522 22.289 0
    y 0.268 4.156 7.448 8.600 8.600 8.6
    ω 1 29.821 6 22.807 4 2.495 9 1 1
    Afterbody x 53.752 50.878 46.074 32.243 24.366 0
    y 1.753 2.601 3.948 8.6 8.6 8.6
    ω 1 27.096 6 36.207 1 8.105 9 1 1
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-10
  • 网络出版日期:  2017-09-26
  • 刊出日期:  2017-10-13

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