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基于兴波阻力数值计算的船型优化研究

李作志  
【摘要】:船舶的优化设计是造船工作者孜孜以求的努力方向:船舶设计的每一步,即使是最基本的船型设计方法--母型改造法也是一个优化过程;不过它的结果或者是令人满意,或者是事与愿违。船型设计是船舶设计的基础工作,它直接影响到船舶整个设计周期的效率,是船舶设计过程的重要一环。船型设计与船舶阻力息息相关,如果在未来寻找到能够完全揭示船舶阻力与船型关系的数学方法,通过建立数学模型优化,将会为船舶型线设计带来革命性的进步。 正是鉴于这种前瞻性的要求,作者对中、高速船舶的低阻力船型理论优化设计方法进行研究。本文基于兴波阻力(中、高速船舶的兴波阻力在船舶总阻力中占有相当的比例)数值计算:考虑相当平板摩擦阻力系数,将摩擦阻力用“1957年国际船模试验池实船-船模换算公式”简化来构建摩擦阻力和兴波阻力的总阻力公式;采用最优化计算方法分别对船首部、前半体及整体船型进行理论优化设计的探讨。设计变量直接取船体型值,目标函数取为船舶的总阻力,加入相关约束条件后,用混合罚函数的惩罚因子和碰壁因子将约束问题转换成无约束优化问题,分别使用直接搜索方法中的Hooke-Jeeves和Powell的加速下降方法进行优化,通过比较认为混合罚函数与Powell方法的结合能够收到较好效果。在优化计算中的兴波阻力数值计算采用基于线性兴波阻力理论的Michell积分方法,对优化前后的船型再采用基于非线性兴波阻力理论的Rankine源法进行兴波阻力评价。优化结果表明该方法可以定性的表达船舶阻力的情况,进而得到阻力性能良好的船体形状。 论文在船体型线研究方法(第一章)和数值计算与计算机语言(第二章)两个基础(专业基础与工具基础)之上展开船舶兴波阻力的研究;接下来两章分别研究兴波阻力数值计算方法与数值优化方法;并且对数值计算方法用计算机予以实现。 数据结果的形象表达是作者追求的一方面,文中研究了计算、连接、显示及其关系:引入混合语言编程机制,以AutoCAD作为显示工具,Fortran作为计算工具,DLL(动态连接库)作为连接工具,Microsoft Visual VBA作为引擎,用Microsoft Visual Basic 6.0将其整合,完成最终的方法研究、计算与显示。


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