NURBS流曲线研究及船体曲面轻量化设计
发布时间：2023-02-06 11:54
船体曲面设计是船舶设计的关键环节之一,非均匀有理B样条是当今船体曲面设计的主流方法。当前船体曲面设计方法存在需要数据量大、定义数据冗余、不利于船体曲面的修改和光顺,以及不利于高效利用优化算法等弊端。另外,船体曲面设计仍然停留在曲线和曲面几何特性与流场信息相分离的阶段,并且普通优化方法难以汲取设计者经验以指导优化设计,使得船体曲面设计难以达到智能化设计的目的。因此,论文在分析船体曲面特征基础上,将NURBS与流曲线曲面造型方法相结合,提出了 NURBS流曲线船体曲面轻量参数化设计方法,用逼近方法取代插值方法,对智能求解策略进行合理.设计,并通过多艘实船的相关算例验证了所提出方法的有效性和实用性。为了提高设计效率和计算稳定性,研究了用尽可能少的控制顶点去逼近水线和艏艉轮廓线,给出了轻量化逼近船体水线和艏艉轮廓线的数学模型,构建了基于量子行为粒子群算法的船体水线和艏艉轮廓线逼近问题的求解框架。针对水线和艏艉轮廓线的逼近设计特点,引入记忆因子改进量子行为粒子群算法求解轻量化水线逼近设计问题,然后将免疫遗传算法的免疫算子和量子行为粒子群算法相结合,设计了免疫量子行为粒子群算法,提出了自适应约束进...
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状及发展动态分析
1.2.1 基于NURBS船体曲面表达和设计方法
1.2.2 流曲线曲面造型方法
1.3 智能优化算法基本理论
1.3.1 量子行为粒子群算法
1.3.2 遗传算法
1.3.3 文化算法
1.4 研究内容和组织结构
2 船体型线的特点及NURBS方法
2.1 引言
2.2 船体曲面特征线
2.2.1 水线类型
2.2.2 横剖线类型
2.2.3 船体曲面边界特征线
2.3 船体坐标系
2.4 NURBS技术
2.4.1 B样条基函数
2.4.2 NURBS曲线
2.4.3 NURBS曲面
2.4.4 NURBS曲线和曲面的特性
2.4.5 NURBS基本算法
2.4.6 应用NURBS构造二次曲线
2.4.7 NURBS构造组合曲线
2.4.8 蒙皮曲面
2.5 小结
3 基于NURBS的船体水线轻量化逼近
3.1 引言
3.2 水线轻量化逼近控制顶点分布模型
3.3 水线轻量化逼近设计数学模型
3.3.1 目标函数
3.3.2 设计变量
3.3.3 输入参数
3.3.4 约束条件
3.4 水线轻量化逼近的改进量子行为粒子群算法
3.4.1 改进量子行为粒子群算法的计算过程
3.4.2 改进的量子行为粒子群算法描述
3.5 算例
3.5.1 特征水线逼近设计实例
3.5.2 逼近曲面与原始曲面的对比
3.6 小结
4 基于NURBS的艏艉轮廓线轻量化逼近
4.1 引言
4.2 艏轮廓线轻量化逼近控制顶点分布模型
4.2.1 垂直式艏
4.2.2 前倾式艏
4.2.3 斜直式艏
4.2.4 飞剪式艏
4.2.5 破冰式艏
4.2.6 球鼻式艏
4.3 艏轮廓线轻量化逼近设计数学模型
4.3.1 目标函数
4.3.2 适应度值函数
4.3.3 设计变量
4.3.4 输入参数
4.3.5 约束条件
4.4 艉轮廓线轻量化逼近控制顶点分布模型
4.5 艉轮廓线轻量化逼近设计数学模型
4.5.1 目标函数
4.5.2 适应度值函数
4.5.3 设计变量
4.5.4 输入参数
4.5.5 约束条件
4.6 艏艉轮廓线轻量化逼近的自适应免疫量子行为粒子群算法
4.6.1 量子行为粒子群算法的搜索机制
4.6.2 自适应约束演化策略
4.6.3 免疫操作
4.6.4 自适应免疫量子行为粒子群算法的计算过程
4.6.5 自适应免疫量子行为粒子群算法描述
4.7 实船算例
4.7.1 艏艉轮廓线逼近设计算例
4.7.2 其他曲线逼近方法的比较
4.8 小结
5 NURBS流曲线及船体曲面垂向轻量参数化自行设计
5.1 引言
5.2 NURBS流曲线造型新方法
5.2.1 流曲线造型的数值模型
5.2.2 零流曲线的NURBS表示
5.2.3 设计约束处理方法
5.2.4 NURBS流曲线造型步骤
5.3 基于吃水函数的参数化设计方法
5.3.1 水线类设计模型
5.3.2 艏艉轮廓线设计方法
5.3.3 最大横剖面线设计方法
5.3.4 平边线
5.3.5 吃水函数
5.3.6 设计流程
5.4 轻量化水线设计的知识引导优化求解策略
5.4.1 种群空间
5.4.2 接受函数
5.4.3 信念空间
5.4.4 影响函数
5.4.5 终止准则
5.4.6 求解步骤
5.5 设计算例
5.5.1 NURBS流曲线造型方法数值算例
5.5.2 知识引导优化求解策略工程算例
5.5.3 船体曲面设计工程实例
5.6 小结
6 基于NURBS的轻量化船体曲面逼近
6.1 引言
6.2 曲线逼近模型
6.2.1 曲线一次逼近模型
6.2.2 曲线二次逼近模型
6.3 船体曲面逼近设计求解模型
6.3.1 输入参数
6.3.2 设计变量
6.3.3 约束条件
6.3.4 目标函数
6.4 染色体长度自适应改变的遗传算法
6.4.1 染色体
6.4.2 适应度值函数
6.4.3 选择算子
6.4.4 动态交叉算子
6.4.5 变异算子
6.4.6 自适应的交叉率和变异率
6.4.7 终止准则
6.5 船体曲面逼近设计方法
6.6 实船设计算例
6.6.1 对有理截面线的曲面逼近设计
6.6.2 对插值截面线的曲面逼近设计
6.7 小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点摘要
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3735952
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状及发展动态分析
1.2.1 基于NURBS船体曲面表达和设计方法
1.2.2 流曲线曲面造型方法
1.3 智能优化算法基本理论
1.3.1 量子行为粒子群算法
1.3.2 遗传算法
1.3.3 文化算法
1.4 研究内容和组织结构
2 船体型线的特点及NURBS方法
2.1 引言
2.2 船体曲面特征线
2.2.1 水线类型
2.2.2 横剖线类型
2.2.3 船体曲面边界特征线
2.3 船体坐标系
2.4 NURBS技术
2.4.1 B样条基函数
2.4.2 NURBS曲线
2.4.3 NURBS曲面
2.4.4 NURBS曲线和曲面的特性
2.4.5 NURBS基本算法
2.4.6 应用NURBS构造二次曲线
2.4.7 NURBS构造组合曲线
2.4.8 蒙皮曲面
2.5 小结
3 基于NURBS的船体水线轻量化逼近
3.1 引言
3.2 水线轻量化逼近控制顶点分布模型
3.3 水线轻量化逼近设计数学模型
3.3.1 目标函数
3.3.2 设计变量
3.3.3 输入参数
3.3.4 约束条件
3.4 水线轻量化逼近的改进量子行为粒子群算法
3.4.1 改进量子行为粒子群算法的计算过程
3.4.2 改进的量子行为粒子群算法描述
3.5 算例
3.5.1 特征水线逼近设计实例
3.5.2 逼近曲面与原始曲面的对比
3.6 小结
4 基于NURBS的艏艉轮廓线轻量化逼近
4.1 引言
4.2 艏轮廓线轻量化逼近控制顶点分布模型
4.2.1 垂直式艏
4.2.2 前倾式艏
4.2.3 斜直式艏
4.2.4 飞剪式艏
4.2.5 破冰式艏
4.2.6 球鼻式艏
4.3 艏轮廓线轻量化逼近设计数学模型
4.3.1 目标函数
4.3.2 适应度值函数
4.3.3 设计变量
4.3.4 输入参数
4.3.5 约束条件
4.4 艉轮廓线轻量化逼近控制顶点分布模型
4.5 艉轮廓线轻量化逼近设计数学模型
4.5.1 目标函数
4.5.2 适应度值函数
4.5.3 设计变量
4.5.4 输入参数
4.5.5 约束条件
4.6 艏艉轮廓线轻量化逼近的自适应免疫量子行为粒子群算法
4.6.1 量子行为粒子群算法的搜索机制
4.6.2 自适应约束演化策略
4.6.3 免疫操作
4.6.4 自适应免疫量子行为粒子群算法的计算过程
4.6.5 自适应免疫量子行为粒子群算法描述
4.7 实船算例
4.7.1 艏艉轮廓线逼近设计算例
4.7.2 其他曲线逼近方法的比较
4.8 小结
5 NURBS流曲线及船体曲面垂向轻量参数化自行设计
5.1 引言
5.2 NURBS流曲线造型新方法
5.2.1 流曲线造型的数值模型
5.2.2 零流曲线的NURBS表示
5.2.3 设计约束处理方法
5.2.4 NURBS流曲线造型步骤
5.3 基于吃水函数的参数化设计方法
5.3.1 水线类设计模型
5.3.2 艏艉轮廓线设计方法
5.3.3 最大横剖面线设计方法
5.3.4 平边线
5.3.5 吃水函数
5.3.6 设计流程
5.4 轻量化水线设计的知识引导优化求解策略
5.4.1 种群空间
5.4.2 接受函数
5.4.3 信念空间
5.4.4 影响函数
5.4.5 终止准则
5.4.6 求解步骤
5.5 设计算例
5.5.1 NURBS流曲线造型方法数值算例
5.5.2 知识引导优化求解策略工程算例
5.5.3 船体曲面设计工程实例
5.6 小结
6 基于NURBS的轻量化船体曲面逼近
6.1 引言
6.2 曲线逼近模型
6.2.1 曲线一次逼近模型
6.2.2 曲线二次逼近模型
6.3 船体曲面逼近设计求解模型
6.3.1 输入参数
6.3.2 设计变量
6.3.3 约束条件
6.3.4 目标函数
6.4 染色体长度自适应改变的遗传算法
6.4.1 染色体
6.4.2 适应度值函数
6.4.3 选择算子
6.4.4 动态交叉算子
6.4.5 变异算子
6.4.6 自适应的交叉率和变异率
6.4.7 终止准则
6.5 船体曲面逼近设计方法
6.6 实船设计算例
6.6.1 对有理截面线的曲面逼近设计
6.6.2 对插值截面线的曲面逼近设计
6.7 小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点摘要
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3735952
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