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基于水动力性能的高速三体船船型与构型优化

作　者: 吴铭浩
导　师: 毛筱菲
学　校: 武汉理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 三体船兴波阻力耐波性侧体布局主体船型水动力性能优化
分类号: U674.951
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 23次
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内容摘要

随着全球一体化进程的加快,海上运输正在向着高速化方向发展。三体船作为一种可以以较高航速航行的高性能船,逐渐成为海上高速运输的重要船型。由于三体船具备一个主体和两个片体,设计变量较多,对各项性能影响较为复杂,因此有必要采用多学科优化设计的思想,权衡各项性能指标与设计变量之间的关系,得到性能最优的船型。本文通过对三体船水动力性能分析,构建了三体船阻力与耐波性能的船型综合优化平台,进行了一系列针对三体船水动力性能的船型优化研究。在三体船阻力性能的研究中,文章通过相关商业软件,对三体船的兴波阻力进行了计算,并与实验进行了对比,得到了较为稳定的计算格式。在此基础上,观察了侧体的横向与纵向间距在各个航速段对于三体船兴波阻力的影响。而后,基于三体船水动力性能优化平台,进行了仅改变侧体间距,仅改变主体船型系数以及同时改变侧体间距和主体船型三种措施的三体船兴波阻力优化计算。通过计算发现,三体船在较高航速时,侧体靠近船后对兴波阻力有利。在总排水量不变的情况下,主体低升角提高和增加吃水可以使船体在垂向瘦削,有利于提升其兴波阻力性能。侧体与主体同时变化可以得到更好的兴波阻力优化效果。在三体船耐波性研究中,文章通过建立三体船船型数据库并对其中每一条船进行计算,得到了每一条船在迎浪中的耐波性信息。采用代理模型技术,建立了三体船的迎浪中的耐波性短期响应的预测模型。通过设定相关耐波性指标,文章分析了三体船侧体间距对耐波性的影响,并基于水动力性能优化平台完成了基于耐波性的侧体间距优化。结合船舶耐波性设计的思想,本文亦完成了在三体船初步方案设计阶段,从船舶在波浪中运动的角度进行主尺度选取的方案优化。通过对优化结果分析,得到了三体船主要船型参数对耐波性指标影响的重要程度与影响规律,为三体船耐波性设计提供了参考。最后,本文通过多学科优化方法,实现了三体船耐波性与阻力的综合优化。优化得到了单位排水体积总阻力最小和长期作业指标最高的船型。同时探讨了优化中耐波性衡准的制定对于耐波性单项指标的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第1章绪论  10-18
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 三体船发展简介  11-13
  1.3 三体船水动力性能国内外研究现状  13-16
    1.3.1 三体船阻力性能研究现状  13-15
    1.3.2 三体船耐波性能研究现状  15-16
  1.4 本文的主要工作  16-18
第2章三体船水动力性能优化平台简介  18-29
  2.1 多学科优化设计简介  18-19
  2.2 三体船船型变换原理  19-22
    2.2.1 主体船型变换  19-20
    2.2.2 侧体变换  20-22
  2.3 水动力性能计算  22-27
    2.3.1 三体船兴波阻力计算  22-26
    2.3.2 三体船耐波性计算  26-27
  2.4 三体船水动力性能优化平台的构建  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章三体船兴波阻力优化  29-42
  3.1 优化问题的构建  29-30
  3.2 三体船船型参数对于兴波阻力影响分析  30-33
    3.2.1 侧体布局对于三体船兴波阻力的影响  30-33
    3.2.2 主体船型对于三体船兴波阻力的影响  33
  3.3 三体船兴波阻力优化实例  33-40
    3.3.1 仅侧体间距变化  33-36
    3.3.2 仅主体型线变化  36-39
    3.3.3 侧体间距和主体型线同时变化  39-40
  3.4 本章小结  40-42
第4章三体船耐波性预报及优化  42-69
  4.1 近似技术在三体船耐波性预报中的运用  42-43
  4.2 实验设计与代理模型建立  43-51
    4.2.1 实验设计  43-49
    4.2.2 耐波性代理模型建立  49-51
  4.3 耐波性指标的选取  51-53
  4.4 三体船船型参数对于耐波性的影响分析  53-59
    4.4.1 侧体布局对于三体船耐波性的影响  53-58
    4.4.2 主体船型对于三体船耐波性的影响  58-59
  4.5 三体船耐波性优化  59-67
    4.5.1 仅侧体间距变化  59-61
    4.5.2 同时改变船体主尺度与侧体间距  61-64
    4.5.3 优化结果分析  64-67
  4.6 本章小结  67-69
第5章三体船水动力性能综合优化  69-76
  5.1 优化问题的构建  69-70
  5.2 三体船兴波阻力与耐波性综合优化实例  70-73
  5.3 优化结果的进一步讨论  73-75
  5.4 本章小结  75-76
第6章总结与展望  76-78
  6.1 全文总结  76-77
  6.2 研究展望  77-78
参考文献  78-83
致谢  83

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