一种大型散货船的轻量化结构设计方法技术

一种大型散货船的轻量化结构设计方法，包括如下步骤：S1、建立曲线逼近模型；S1

【技术实现步骤摘要】
一种大型散货船的轻量化结构设计方法


[0001]本专利技术属于船舶设计
，具体地，涉及一种大型散货船的轻量化结构设计方法。

技术介绍

[0002]随着数字化设计技术在船舶设计中的应用越来越广泛，其船舶设计逐渐呈大型化、复杂化发展，模型包含的几何关系、几何特征越来越复杂，模型数据量越来越大(以下将该模型统称为：重模型)，导致使用的总模型数据量异常庞大，造成模型打开缓慢、交互操作体验感差等问题；为此，需存在一种重模型的轻量化模型，用于在设计应用过程中实现对重模型的替代，使其不包含设计模型中的非几何信息，仅保留模型产品结构的几何拓扑关系(以下将该模型统称为：轻模型，用于管理轻模型产品的树状结构产品称为：轻量化模型产品结构树，以下简称：轻模型结构树)，在不影响设计使用的同时，减少模型数据量，便于模型打开、编辑以及船东/船检的设计检验，还可适用于模型设计、模型检查、检验、船舶运维保障等多场景，在整个船舶设计与建造过程中具有很高实用性。
[0003]因此，亟需研究一种船舶舾装模型轻量化设计方法及系统，实现对重模型使用替代同时，减少模型加载时间及模型空间占比，将有利于模型打开、编辑及其他相关操作；极大减少数据交互量、提高模型设计效率。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种大型散货船的轻量化结构设计方法，解决船体设计过程中模型数据量越来越大，导致使用的总模型数据量异常庞大，造成模型打开缓慢、交互操作体验感差等的问题。
[0005]技术方案：本专利技术提供了一种大型散货船的轻量化结构设计方法，包括如下步骤：
[0006]S1、建立曲线逼近模型；
[0007]S1
‑
1、曲线一次逼近模型建立；
[0008]S1
‑
2、曲线二次逼近模型建立；
[0009]S2、船体曲面逼近设计求解模型；
[0010]S2
‑
1、输入参数：水线数量N
num
，一次逼近精度d，二次逼近精度ε和节点矢量的最大长度L
max
；
[0011]S2
‑
2、设计变量；
[0012]S2
‑
3、约束条件；
[0013]S2
‑
4、目标函数；
[0014]S2
‑
5、确定节点矢量U的计算方法；
[0015]S3、船体曲面逼近设计方法。
[0016]进一步的，上述的大型散货船的轻量化结构设计方法，上述步骤S1
‑
1、曲线一次逼近模型建立过程中，包括如下步骤：
[0017]S1
‑1‑
1、给定较大的参数步长对原曲线进行离散；
[0018]S1
‑1‑
2、分别计算每段离散弦长与原曲线间的弦差，如果全部满足逼近精度，执行步骤S1
‑1‑
4，如果不满足逼近精度，执行步骤S1
‑1‑
3；
[0019]S1
‑1‑
3、将不满足逼近精度的离散弦长的端点参数区间进行二分处理，执行步骤S1
‑1‑
2；
[0020]S1
‑1‑
4、存储满足逼近误差的离散参数值并存储对应参数值的离散数据点C
k
，k＝0，1，
……
，m，其中，曲线离散后的弦差定义为离散点所连成的直线段与曲线上相应弧线的弓高误差。
[0021]进一步的，上述的大型散货船的轻量化结构设计方法，上述S1
‑
2、曲线二次逼近模型建立的建立过程为：
[0022]设C(u)为B样条曲线，其函数定义为：
[0023][0024]其中，P
i
表示控制顶点；
[0025]N
i，p
(u)表示定义在节点矢量U
[0026]上的p次B样条基函数，得到了截面线上的m+1个离散数据点C
k
，k＝0，1，
……
，m，设数据点C
k
对应的参数值则逼近给定数据点的B样条曲线C(u)的数据拟合方程为：
[0027][0028]其中，ε
k
为数据点C
k
的拟合误差。
[0029]进一步的，上述的大型散货船的轻量化结构设计方法，所述节点矢量U由最小二乘曲线逼近法得到逼近曲线的控制顶点，根据公式(2)，数据点在最小二乘意义上被逼近表示为：
[0030][0031]其中，数据点对应的参数值在曲线一次逼近模型中确定，为了使df最小，令df关于n
‑
1个未知控制点P
i
的偏导数等于零，i＝1，2，
……
，n
‑
1，，对公式(3)求偏导，得到含n
‑
1个未知量和n
‑
1个方程的线性方程组：
[0032]N
T
NP＝R (4)
[0033]其中，
[0034][0035]P＝[P
1 P2ꢀ…ꢀ
P
n
‑1]T
[0036][0037][0038]k＝1，2，
……
，m
‑
1，通过公式(4)求得二次逼近曲线的控制顶点P
i
。
[0039]进一步的，上述的大型散货船的轻量化结构设计方法，上述S2
‑
2、设计变量的过程如下：
[0040]将水线的节点矢量中的u0～u
n
作为设计变量，如果设计变量长度为L
u
，则L
u
可以设置为L
uo
‑
2(p+1)，其中L
uo
为原曲线的节点矢量长，L
u
根据L
u
＝Int(J)＝Int(λm)(5)计算，其中，0＜λ＜0.5；
[0041]上面公式中：m为曲线一次逼近后得到的离散数据点个数在减1；
[0042]J是一个正实数；
[0043]Int(J)表示小于等于J的最大整数；
[0044]λ值在程序中随机生成。
[0045]进一步的，上述的大型散货船的轻量化结构设计方法，所述S2
‑
3、约束条件为0＜u0＜
…
＜u
n
＜1(6)。
[0046]进一步的，上述的大型散货船的轻量化结构设计方法，所述S2
‑
4、目标函数为设每条水线的最小二乘意义上的二次逼近精度其中目标函数F(x)被定义为
[0047][0048]进一步的，上述的大型散货船的轻量化结构设计方法，上述S2
‑
5、确定节点矢量U的计算方法，包括如下步骤：
[0049]S2
‑5‑
1、染色体：染色体对应设计模型中的设计变量，其中设计变量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型散货船的轻量化结构设计方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、建立曲线逼近模型；S1
‑
1、曲线一次逼近模型建立；S1
‑
2、曲线二次逼近模型建立；S2、船体曲面逼近设计求解模型；S2
‑
1、输入参数：水线数量N
num
，一次逼近精度d，二次逼近精度ε和节点矢量的最大长度L
max
；S2
‑
2、设计变量；S2
‑
3、约束条件；S2
‑
4、目标函数；S2
‑
5、确定节点矢量U的计算方法；S3、船体曲面逼近设计方法。2.根据权利要求1所述的大型散货船的轻量化结构设计方法，其特征在于：上述步骤S1
‑
1、曲线一次逼近模型建立过程中，包括如下步骤：S1
‑1‑
1、给定较大的参数步长对原曲线进行离散；S1
‑1‑
2、分别计算每段离散弦长与原曲线间的弦差，如果全部满足逼近精度，执行步骤S1
‑1‑
4，如果不满足逼近精度，执行步骤S1
‑1‑
3；S1
‑1‑
3、将不满足逼近精度的离散弦长的端点参数区间进行二分处理，执行步骤S1
‑1‑
2；S1
‑1‑
4、存储满足逼近误差的离散参数值并存储对应参数值的离散数据点C
k
，k＝0，1，
……
，m，其中，曲线离散后的弦差定义为离散点所连成的直线段与曲线上相应弧线的弓高误差。3.根据权利要求2所述的大型散货船的轻量化结构设计方法，其特征在于：上述S1
‑
2、曲线二次逼近模型建立的建立过程为：设C(u)为B样条曲线，其函数定义为：其中，P
i
表示控制顶点；N
i，p
(u)表示定义在节点矢量U数，得到了截面线上的m+1个离散数据点C
k
，k＝0，1，
……
，m，设数据点C
k
对应的参数值则逼近给定数据点的B样条曲线C(u)的数据拟合方程为：其中，ε
k
为数据点C
k
的拟合误差。4.根据权利要求3所述的大型散货船的轻量化结构设计方法，其特征在于：所述节点矢量U由最小二乘曲线逼近法得到逼近曲线的控制顶点，根据公式(2)，数据点在最小二乘意义上被逼近表示为：
其中，数据点对应的参数值在曲线一次逼近模型中确定，为了使df最小，令df关于n
‑
1个未知控制点P
i
的偏导数等于零，i＝1，2，
……
，n
‑
1，，对公式(3)求偏导，得到含n
‑
1个未知量和n
‑
1个方程的线性方程组：N
T
NP＝R(4)其中，P＝[P
1 P2…
P
n
‑1]
TT
k＝1，2，
……
，m
‑
1，通过公式(4)求得二次逼近曲线的控制顶点P
i
。5.根据权利要求1所述的大型散货船的轻量化结构设计方法，其特征在于：上述S2
‑
2、设计变量的过程如下：将水线的节点矢量中的u0～u
n
作为设计变量，如果设计变量长度为L
u
，则L
u
可以设置为L
uo
‑
2(p+1)，其中L
uo
为原曲线的节点矢量长，L
u
根据L
u
＝Int(J)＝Int(λm)(5)计算，其中，0＜λ＜0.5；上面公式中：m为曲线一次逼近后得到的离散数据点个数在减1；J是一个正实数；Int(J)表示小于等于J的最大整数；λ值在程序中随机生成。6.根据权利要求1所述的大型散货船的轻量化结构设计方法，其特征在于：所述S2
‑
3、约束条件为0＜u0＜
…
＜u
n
＜1 (6)。7.根据权利要求1所述的大型散货船的轻量化结构设计方法，其特征在于：所述S2
‑
4、目标函数为设每条水线的最小二乘意义上的二次逼近精度其中目标函数F(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟勋，孟成君，张华，刘国庆，沙爱东，丁琳，李红军，薛龙祥，
申请(专利权)人：江苏新韩通船舶重工有限公司，
类型：发明
国别省市：