首页 / 专利库 / 电子零件及设备 / 放大器 / 运算放大器 / 反相输入端 / 基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法及系统

基于波浪中船体湿表面网格的船舶预测方法及系统

阅读:964发布:2024-02-15

专利汇可以提供基于波浪中船体湿表面网格的船舶预测方法及系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本公开公开了基于波浪中船体湿表面网格的 船舶 水 动 力 预测方法及系统,读取船舶的型值点;根据各水线上的型值点,反算水线的三次B样条表达式;基于水线的三次B样条表达式,计算船体外形的广义截面曲线;确定波浪的类型及波面的表达式,根据波浪的类型及波面的表达式,寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点,进而获得波浪中船体湿表面网格;基于波浪中船体湿表面网格,预测波浪中船舶所受到的水动力。,下面是基于波浪中船体湿表面网格的船舶预测方法及系统专利的具体信息内容。

1.基于波浪中船体湿表面网格的船舶预测方法,其特征是,包括:
读取船舶的型值点;
根据各水线上的型值点,反算水线的三次B样条表达式;
基于水线的三次B样条表达式,计算船体外形的广义截面曲线;
确定波浪的类型及波面的表达式,根据波浪的类型及波面的表达式,寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点,进而获得波浪中船体湿表面网格;
基于波浪中船体湿表面网格,预测波浪中船舶所受到的水动力。
2.如权利要求1所述的方法,其特征是,读取船舶的型值点,首先接收输入的已知型值点,记为 其中,i表示型值点处于的水线标号,以船舶基线为0,沿Z轴正向递增,Z轴正向竖直向上;j表示型值点在水线上的位置,以船尾部的第一个点为0,沿X轴正向递增,X轴正向指向船首。
3.如权利要求1所述的方法,其特征是,根据各水线上的型值点,反算水线的B样条表达式;
第i条水线的三次B样条表达式的获取方式,包括以下步骤:
S21,型值点的参数化:假设第i条水线上共包含n+1个型值点,则该条水线上的型值点中j的取值范围为0,1,…,n;将n+1个型值点按累积弦长方法进行参数化;令di为第i条水线的总弦长,则
其中, 表示第i条水线上第j个型值点, 表示第i条水线上第j-1个型值点;
第i条水线上第j个型值点对应的参数值 表示为:
其中, 表示第i条水线上第j-1个型值点对应的参数值;
构造节点矢量 其中,
ui,0=…=ui,3=0, (3-1)
ui,n+3=…=ui,n+6=1, (3-2)
其中,ui,0,ui,1,ui,2,…,ui,n+6表示定义第i条水线三次B样条表达式所需节点矢量的各个元素;
S22,导矢的确定:记第i条水线首导矢为 尾导矢为 为计算 和 记第i条水线上距船尾最近的两个型值点的坐标为
其中, 表示第i条水线上距船尾最近的型值点坐标; 表示第i条水线上距船尾第二近的型值点坐标;
类似地,记第i条水线上距船首最近的两个型值点的坐标为:
其中, 表示第i条水线上距船首最近的型值点坐标; 表示距船首第二近的型值点坐标;
计算 和
S23,采用三次B样条,按给定两端导矢的反算算法,求解方程组(8)获得待求的第i条水线控制顶点 j=0,...,n+2;
其中, 表示第i条水线的三次B样条表达式的第1个控制点坐标, 表示第i条水线的三次B样条表达式的第2个控制点坐标,以此类推, 为第i条水线的三次B样条表达式的第n+3个控制点坐标; 表示第i条水线上第1个型值点坐标, 表示第i条水线上第2个型值点坐标,以此类推, 为第i条水线第n+1个型值点坐标; 是定义在非均匀节点矢量上的三次B样条基函数,其定义为:
其中,ui,k表示 中的第k个元素,ui,k+1表示 中
的第k+1个元素,p表示B样条基函数的次数;u为参数曲线的变量,k为中间变量;
根据式(8)解出的控制顶点 配合节点矢量 得到第i条水线的三次B样条表达式,记为:
其中, 得到第i条水线的三次B样条表达式, 是定义在非均匀节点矢量 上的三次B样条基函数。
4.如权利要求1所述的方法,其特征是,基于水线的三次B样条表达式,计算船体外形的广义截面曲线;具体步骤包括:
将已经获得的各条水线按等参数分割;
假设在船长方向采用M个网格,将参数区间[0,1]进行M等分,得到参数vJ=J/M(λ=0,
1…,M);将vλ带入水线的三次B样条表达式,得到水线上按参数均匀分布的离散点,记为其中,i表示离散点的垂向索引,以船舶基线上的点为0,沿Z轴正向递增;
J表示离散点水平方向索引以船尾部的第一个点为0,沿X轴正向递增,U为水线的条数;
获得 后,将下标J相同的点的 点沿垂向再次进行三次B样条反算,将得到的曲线命名为广义截面曲线。
5.如权利要求1所述的方法,其特征是,由于船体的型值表上0水线按基线给出,而基线并非船体的边界,因此在反算各截面曲线时,除首尾轮廓线外,还要给其它的各截面曲线人为增加一个零点;
给其它的各截面曲线人为增加一个零点,采用如下标记方法,对船舶首尾轮廓线上的点:
其中 表示由水线直接获得的、用来反算船舶首尾轮廓线的离散点列; 表示修正后的,用来反算船舶首尾轮廓线的离散点列;
对其他截面曲线上的点:
其中 表示增加人为零点后的,用来反算第J条截面曲线的离散点列; 表示由水线获得的初始点列;x0,J,x1,J,x2,J分别为点 的x坐标,y1,J,y2,J分别为点的y坐标。
6.如权利要求5所述的方法,其特征是,获得 后,将参数对应相等的 点沿垂向再次进行三次B样条反算,将得到的曲线命名为广义截面曲线;
使用无因次的累计弦长参数化方法,而后使用不指定两端导矢的B样条反算计算广义截面曲线,包括以下步骤:
(1) 的参数化;选择下标J相同的一组 点,记其坐标为(xi,j,yi,j,zi,j),i的取值范围为i=0,1,…,S;J的取值范围为J=0,1,…,M;其中,
U为水线的条数,M为船长方向的网格数
将下标J相同的一组 点进行参数化;令
其中d′J是无量纲化后的截面弦长,L为船长,B为船宽,T为吃水深度;
第J条广义截面曲线上的第i个点对应的参数值 表示为
相应地,构造节点矢量
u′0,J=…=u′3,J=0,u′S+1,J=…=u′S+4,J=1,
其中,u′0,j,u′1,j,…,u′S+4,j表示第J条截面曲线三次B样条表达式所需的节点矢量的各个元素, 表示第J条截面曲线上第i个数据点对应的参数值,按(13)式确定;
(2)按不指定导矢的反算方法,求解方程组(15)获得待求的第J条截面曲线的控制顶点其中,I=0,1,…,S;
是定义在非均匀节点矢量 上的三次B样条基函数; 表示待求截面曲线上第i个数据点对应的参数值;
得到的控制顶点 配合节点矢量 便可得到第J条广义截面曲线的三次B样条表达式,记为:
其中, 为第J条截面曲线的控制顶点, 是定义在非均匀节点矢量 上的三次B样条基函数。
7.如权利要求1所述的方法,其特征是,首先寻找广义截面曲线与瞬时波面交点在截面曲线上所对应的参数u的值;采用二分法,通过不断将参数区间一分为二,获得区间的两个端点的z坐标,两个端点的z坐标之差小于设定阈值时,将参数区间上下界限取平均,平均后所得到的结果即为广义截面曲线与静水面的交点所对应的参数值;
在此基础上,根据给定的波浪的类型及波面的表达式,进一步寻找截面曲线与波面的交点在截面曲线上对应的参数,记为uend;具体步骤为:记第J条广义截面曲线与静水面交点的x坐标为xJ,利用波面方程,得到该截面曲线在与波面交点的纵向坐标ηJ;再次使用二分法,获得该截面曲线纵坐标等于ηJ的点所对应的参数,即为所求的uend;
将参数域曲线从0到uend进行N等分,并将得到的参数代入截面曲线,得到所需的瞬时表面下截面曲线的N个网格点。
8.基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测系统,其特征是,包括:
型值点读取模,其被配置为:读取船舶的型值点;
反算模块,其被配置为:根据各水线上的型值点,反算水线的三次B样条表达式;
广义截面曲线计算模块,其被配置为:基于水线的三次B样条表达式,计算船体外形的广义截面曲线;
波浪中船体湿表面网格获取模块,其被配置为:确定波浪的类型及波面的表达式,根据波浪的类型及波面的表达式,寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点,进而获得波浪中船体湿表面网格;
水动力预测模块,其被配置为:基于波浪中船体湿表面网格,预测波浪中船舶所受到的水动力。
9.一种电子设备,其特征是,包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令,所述计算机指令被处理器运行时,完成权利要求1-7任一项方法所述的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其特征是,用于存储计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时,完成权利要求1-7任一项方法所述的步骤。

说明书全文

基于波浪中船体湿表面网格的船舶预测方法及系统

技术领域

[0001] 本公开涉及船舶工程及海洋工程技术领域,特别是涉及基于波浪中船体湿表面网格的划分及船舶水动力的预测。

背景技术

[0002] 本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术,并不必然构成现有技术
[0003] 在实现本公开的过程中,发明人发现现有技术中存在以下技术问题:
[0004] 船舶设计过程中常采用面元法预测船舶的水动力学性能。船体湿表面网格的划分是面元法计算的第一步。一套划分合理的网格不仅影响到计算结果的精度,有时甚至直接关系到计算的成败。目前,船体湿表面面元划分的方法主要有两类。第一类方法是采用现有的计算机辅助设计软件预先建立船体表面的几何模型,而后通过对该模型进行离散获得船体表面网格。这一类方法优点在于能够比较直观得获得网格在船体表面的分布情况,但缺点是建立船体表面几何模型的工作往往费时费力,而且获得的网格数据仅能通过有限的几种数据格式输出,在应用时会有较大的局限性。
[0005] 第二类方法采用样条函数(通常是B样条或非均匀有理B样条)拟合船体的表面。这类方法能够比较灵活地建立船体表面的数学模型,便于输出船体网格数据以供后续的计算程序使用。但目前相关研究中存在两个普遍的问题,第一是采用样条函数拟合船体表面之前需要对船体的型值点进行预处理(例如船体表面曲面片的划分、型值点的加密等),这一过程往往是繁琐的;另一个问题目前报道的方法往往只针对静水条件,即船舶的湿表面积是恒定的。对于波浪中瞬时变化的船舶湿表面,应用现有的方法往往难以给出理想的网格划分情况。
[0006] 现有技术需要解决的技术问题是,如何对船体湿表面网格进行划分,进而实现船舶水动力学性能预测。

发明内容

[0007] 为了解决现有技术的不足,本公开提供了基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法及系统。该方法基于样条函数实现,能够根据已知的船舶型值点对波浪中瞬时变化的船舶湿表面直接进行网格划分,不需要对船体的型值点进行预处理。利用生成的湿表面网格,可以进行船舶水动力的预测。
[0008] 第一方面,本公开提供了基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法;
[0009] 基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法,包括:
[0010] 读取船舶的型值点;
[0011] 根据各水线上的型值点,反算水线的三次B样条表达式;
[0012] 基于水线的三次B样条表达式,计算船体外形的广义截面曲线;
[0013] 确定波浪的类型及波面的表达式,根据波浪的类型及波面的表达式,寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点,进而获得波浪中船体湿表面网格;
[0014] 基于波浪中船体湿表面网格,预测波浪中船舶所受到的水动力。
[0015] 第二方面,本公开还提供了基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测系统;
[0016] 基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测系统,包括:
[0017] 型值点读取模,其被配置为:读取船舶的型值点;
[0018] 反算模块,其被配置为:根据各水线上的型值点,反算水线的三次B样条表达式;
[0019] 广义截面曲线计算模块,其被配置为:基于水线的三次B样条表达式,计算船体外形的广义截面曲线;
[0020] 波浪中船体湿表面网格获取模块,其被配置为:确定波浪的类型及波面的表达式,根据波浪的类型及波面的表达式,寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点,进而获得波浪中船体湿表面网格;
[0021] 水动力预测模块,其被配置为:基于波浪中船体湿表面网格,预测波浪中船舶所受到的水动力。
[0022] 第三方面,本公开还提供了一种电子设备,包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令,所述计算机指令被处理器运行时,完成第一方面所述方法的步骤。
[0023] 第四方面,本公开还提供了一种计算机可读存储介质,用于存储计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时,完成第一方面所述方法的步骤。
[0024] 与现有技术相比,本公开的有益效果是:
[0025] 能够直接根据已知的船舶型值点进行船体建模,不需要对船体的型值点进行预处理,并且能够对波浪中瞬时变化的船舶湿表面进行网格划分。利用生成的湿表面网格,可以进行船舶水动力的预测。附图说明
[0026] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
[0027] 图1是型值点示意图,图中白色空心圆圈表示已知的型值点;
[0028] 图2是由型值点建立各条水线的三次B样条曲线;
[0029] 图3是将各条水线按等参数分割,获得离散得数据点图。图中黑色圆点表示将水线等参数分割后得到的分割点,以及人为增加的截面曲线零点;
[0030] 图4是根据图3中的数据点反算的广义截面曲线示意图;
[0031] 图5是截断于瞬时波面的船体湿表面截面曲线示意图;
[0032] 图6是将瞬时湿表面下的截面曲线按参数等分,最终获得瞬时湿表面下的船体表面网格图。

具体实施方式

[0033] 应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0034] 需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0035] 专业术语介绍:
[0036] 参数化曲线:曲线上的点的每个坐标分量均被表示为一个独立参数的显函数,其形式为
[0037]
[0038] 这里的u即为所谓的参数。典型的参数曲线例如在第一象限内的圆弧,可以采用参数形式表达:
[0039]
[0040] 又如,空间中的A、B两条,假定其坐标分别为(Xa,Ya)及(Xb,Yb),则在AB连线上的任意一点C的坐标(Xc,Yc)可以用参数u表示:
[0041]
[0042] 这里的参数u是C点到A点的距离与B点到A点距离的比值。当u=0时,A=C;当u=1时,C=B。线段AB上的任意一点都有唯一的参数与之对应。
[0043] 三次B样条曲线:
[0044] B样条曲线是以分段多项式形式表示的参数曲线。P次B样条曲线的定义为:
[0045]
[0046] 其中,p为曲线的次数, 为控制顶点列, 是定义在非均匀节点矢量(共包含m+1个节点,m和n的关系满足n=m-p-1)上的p次B样条基函数:
[0047]
[0048] B样条曲线由控制顶点和节点矢量共同确定。且曲线上的每一点都有唯一的参数u与之对应。这里的参数u可以采用多种方式,典型的,例如,可将参数u视为曲线上的点到曲线起点的弧长。不同的参数化方法,会产生不同的曲线造型。本发明中提到的“无因此的累计弦长参数化”方法,实际上就是针对船舶的外形特点解决参数化的问题。
[0049] B样条曲线的正算与反算:
[0050] B样条曲线的正算是指已知B样条曲线的控制顶点及节点矢量,求曲线上各点的坐标。反算则是指已知空间内若干点的坐标,求通过这些点的B样条表达式,包括求控制顶点的和节点矢量两个部分。
[0051] 船体型值表:船体的外形尺寸常以其“型表面”上一些特定位置处各点的坐标值来表示,这些坐标值称为型值。型值表是记录型线图上各型线交点型值的一种表格,它由高度值(距离基线的高度)和半宽值(距中线面的距离)组成。
[0052] 水线:是指与水平面相平行的平面与船体型表面的截交线。
[0053] 等参数分割:B样条曲线作为参数曲线,其上面的点有唯一的参数与之对应。对本方法而言,所使用的曲线都采用标准化参数区间(即[0,1]区间,参数0对应曲线的起点,参数1对应曲线的终点)。等参数分割即将[0,1]区间按等间隔进行划分,并得到的参数值带入曲线表达式,获得曲线上对应的各点。
[0054] 瞬时波面:波浪的波面是随时间变化的。这里的瞬时表面,指的是任意时刻波面的形状。
[0055] 瞬时湿表面:由于波浪是随时变化的,船舶在波浪中航行时,其湿表面(即在波面以下的型表面)也是随时间变化的。这里的瞬时湿表面,指的是任意时刻波面以下的船舶型表面。
[0056] 无因次的累计弦长参数化,见(12)、(13)式。
[0057] 二分法:即二分搜索法。搜索过程从数组的中间元素开始,如果中间元素正好是要查找的元素,则搜索过程结束;如果某一特定元素大于或者小于中间元素,则在数组大于或小于中间元素的那一半中查找,而且跟开始一样从中间元素开始比较。如果在某一步骤数组为空,则代表找不到。这种搜索算法每一次比较都使搜索范围缩小一半。
[0058] 实施例一,本实施例提供了基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法。以S-175集装箱船为例,假设已知其U条水线上的型值点(本实施例中U=13)。船舶型值点的确定依赖于坐标系,通常是取右手直坐标系,X轴正向指向船首,Y轴正向指向左舷,Z轴正向竖直向上。坐标原点纵向位置位于船舶艉垂线处,坐标原点垂向位置位于基线处。
[0059] 本发明中提到的方法对坐标系无特殊要求,只需与型值点定义的坐标系一致即可。
[0060] 基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法,包括:
[0061] S1,读取船舶的型值点;
[0062] S2,根据各水线上的型值点,反算水线的三次B样条表达式;
[0063] S3,基于水线的三次B样条表达式,计算船体外形的广义截面曲线;
[0064] S4,确定波浪的类型及波面的表达式,根据波浪的类型及波面的表达式,寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点,进而获得波浪中船体湿表面网格;
[0065] S5,基于波浪中船体湿表面网格,预测波浪中船舶所受到的水动力。
[0066] 作为一个或多个实施例,S1,读取船舶的型值点,如图1所示,首先接收输入的已知型值点,记为 其中,i表示型值点处于的水线标号,以船舶基线为0,沿Z轴正向递增,Z轴正向竖直向上;j表示型值点在水线上的位置,以船尾部的第一个点为0,沿X轴正向递增,X轴正向指向船首;
[0067] 作为一个或多个实施例,S2,根据各水线上的型值点,采用指定两端导矢的方法,反算水线的B样条表达式。
[0068] 作为一个或多个实施例,S2,如图2所示,根据各水线上的型值点,反算水线的B样条表达式;
[0069] 第i条水线的三次B样条表达式的获取方式,包括以下步骤:
[0070] S21,型值点的参数化:假设第i条水线上共包含n+1个型值点,则该条水线上的型值点 中j的取值范围为0,1,…,n;将n+1个型值点按累积弦长方法进行参数化;令di为第i条水线的总弦长,则
[0071]
[0072] 其中, 表示第i条水线上第j个型值点, 表示第i条水线上第j-1个型值点;
[0073] 第i条水线上第j个型值点对应的参数值 表示为:
[0074]
[0075] 其中, 表示第i条水线上第j-1个型值点对应的参数值;
[0076] 构造节点矢量 其中,
[0077] ui,0=…=ui,3=0, (3-1)
[0078] ui,n+3=…=ui,n+6=1, (3-2)
[0079]
[0080] 其中,ui,0,ui,1,ui,2,…,ui,n+6表示定义第i条水线三次B样条表达式所需节点矢量的各个元素(共n+7个)。
[0081] S22,导矢的确定:记第i条水线首导矢为 尾导矢为 为计算 和 记第i条水线上距船尾最近的两个型值点的坐标为
[0082]
[0083]
[0084] 其中, 表示第i条水线上距船尾最近的型值点坐标; 表示第i条水线上距船尾第二近的型值点坐标;
[0085] 类似地,记第i条水线上距船首最近的两个型值点的坐标为:
[0086]
[0087] 其中, 表示第i条水线上距船首最近的型值点坐标; 表示距船首第二近的型值点坐标;
[0088] 计算 和
[0089]
[0090]
[0091] S23,采用三次B样条,按给定两端导矢的反算算法,求解方程组(8)获得待求的第i条水线控制顶点
[0092]
[0093] 其中, 表示第i条水线的三次B样条表达式的第1个控制点坐标, 表示第i条水线的三次B样条表达式的第2个控制点坐标,以此类推, 为第i条水线的三次B样条表达式的第n+3个控制点(即最后一个控制点)坐标。 表示第i条水线上第1个型值点坐标,表示第i条水线上第2个型值点坐标,以此类推, 为第i条水线第n+1个型值点(即最后一个型值点)坐标; 是定义在非均匀节点矢量 上的三次B样条基函数,其定义为:
[0094]
[0095] 其中,ui,k表示 中的第k个元素,ui,k+1表示中的第k+1个元素,p表示B样条基函数的次数;u为参数曲线的变量,k为中间变量;
[0096] 根据式(8)解出的控制顶点 配合节点矢量 得到第i条水线的三次B样条表达式,记为:
[0097]
[0098] 其中, 得到第i条水线的三次B样条表达式, 是定义在非均匀节点矢量 上的三次B样条基函数。
[0099] 作为一个或多个实施例,S3,基于水线的三次B样条表达式,采用不指定两端导矢的方法计算船体外形的广义截面曲线;
[0100] 作为一个或多个实施例,S3,基于水线的三次B样条表达式,计算船体外形的广义截面曲线。
[0101] 如图3所示,将已经获得的各条水线按等参数分割;
[0102] 假设在船长方向采用M个网格(M根据水动力计算的精度以及船舶外形的复杂性选择,图3中取M=30),将参数区间[0,1]进行M等分,得到参数vJ=J/M(λ=0,1…,M);将vJ带入水线的三次B样条表达式,得到水线上按参数均匀分布的离散点,记为
[0103] 其中,i表示离散点的垂向索引,以船舶基线上的点为0,沿Z轴正向递增。
[0104] J表示离散点水平方向索引以船尾部的第一个点为0,沿X轴正向递增,U为水线的条数。
[0105] 通常情况下船体是左右对称的,在进行网格划分时仅需划分一半的船体,另一半采用对称的方法即可获得。由于船体的型值表上0水线按基线给出,而基线并非半船体的边界,因此在反算各截面曲线时,除首尾轮廓线外,还要给其它的各截面曲线人为增加一个零点。
[0106] 给其它的各截面曲线人为增加一个零点,采用如下标记方法,对船舶首尾轮廓线上的点:
[0107]
[0108] 其中 表示由水线直接获得的、用来反算船舶首尾轮廓线的离散点列; 表示修正后的,用来反算船舶首尾轮廓线的离散点列。
[0109] 对其他截面曲线上的点:
[0110]
[0111]
[0112]
[0113] 其中 表示增加人为零点后的,用来反算第J条截面曲线的离散点列。 表示由水线获得的初始点列;x0,J,x1,J,x2,J分别为点 的X坐标,y1,J,y2,J分别为点的Y坐标。
[0114] 获得 后,将参数对应相等的 点(即下标J相同的点)沿垂向再次进行三次B样条反算,将得到的曲线命名为广义截面曲线。
[0115] 与船舶工程中常规的二维船体截面曲线相比,广义截面曲线由于是三维曲线,能够更好地描述船体表面的曲率变化情况。
[0116] 作为一个或多个实施例,获得 后,将参数对应相等的 点(即下标J相同的点)沿垂向再次进行三次B样条反算,将得到的曲线命名为广义截面曲线;具体步骤包括:
[0117] 如图4所示。这里使用无因次的累计弦长参数化方法,而后使用不指定两端导矢的B样条反算计算广义截面曲线,包括以下步骤:
[0118] (1) 的参数化。选择下标J相同的一组 点,记其坐标为(xi,j,yi,j,zi,j),i的取值范围为i=0,1,…,S。J的取值范围为J=0,1,…,M。其中
[0119]
[0120] U为水线的条数,M为船长方向的网格数
[0121] 将下标J相同的一组 点进行参数化。令
[0122]
[0123] 其中d′J是无量纲化后的截面弦长,L为船长,B为船宽,T为吃水深度。
[0124] 第J条广义截面曲线上的第i个点对应的参数值 表示为
[0125]
[0126] 其中,各参数的定义与其在(11)和(12)中的定义相同。
[0127] 相应地,构造节点矢量
[0128] u′0,J=…=u′3,J=0,u′S+1,J=…=u′S+4,J=1,
[0129]
[0130] 这里u′0,j,u′1,j,…,u′S+4,j表示第J条截面曲线三次B样条表达式所需的节点矢量的各个元素(共S+5个), 表示第J条截面曲线上第i个数据点对应的参数值,按(13)式确定。
[0131] (2)按不指定导矢的反算方法,求解方程组(15)获得待求的第J条截面曲线的控制顶点 其中,I=0,1,…,S;
[0132]
[0133] 是定义在非均匀节点矢量 上的三次B样条基函数。 表示待求截面曲线上第i个数据点对应的参数值。
[0134] 得到的控制顶点 配合节点矢量 便可得到第J条广义截面曲线的三次B样条表达式,记为:
[0135]
[0136] 其中, 为第J条截面曲线的控制顶点(共S+1个,I=0,1,…,S), 是定义在非均匀节点矢量 上的三次B样条基函数。
[0137] 作为一个或多个实施例,S4,首先寻找广义截面曲线与瞬时波面交点在截面曲线上所对应的参数u的值。采用二分法,通过不断将参数区间一分为二,获得区间的两个端点的Z坐标,两个端点的Z坐标之差小于设定阈值时,将参数区间上下界限取平均,平均后所得到的结果即为广义截面曲线与静水面的交点所对应的参数值;
[0138] 在此基础上,根据给定的波浪的类型及波面的表达式,进一步寻找截面曲线与波面的交点在截面曲线上对应的参数(记为uend);具体步骤为:记第J条广义截面曲线与静水面交点的X坐标为xJ,利用波面方程,得到该截面曲线在与波面交点的垂向坐标ηJ;再次使用二分法,获得该截面曲线纵坐标等于ηJ的点所对应的参数,即为所求的uend;
[0139] 将参数域曲线从0到uend进行N等分,并将得到的参数代入截面曲线,得到所需的瞬时表面下截面曲线的N个网格点。
[0140] 图5是截断于瞬时波面的船体湿表面截面曲线示意图;
[0141] 对船舶水动力学分析而言,通常考虑具有解析表达式的波浪,例如线性规则波,一阶、二阶STOKES波等,这些波浪都有对应的波面表达式,属于业界公知。本例中考虑船舶在线性规则波中,记波长为λ,波高为A。不同传播方向下的波浪其波面都有解析表达式,图5中以λ等于0.5倍船长,波高A等于1/50船长,波浪船舶方向沿X轴负方向的情形为例。此时波面η的表达式写为:
[0142]
[0143] 其中,T为船舶的吃水深度,ω为波浪圆频率,t为时间,λ为波长,A为波高。
[0144] 为考虑波浪存在时船舶湿表面的变化,首先寻找广义截面曲线与静水面的交点。由于按方程(16)确定的截面曲线采用规范化的参数区间,即0≤u≤1。因此每条截面曲线上u=0和u=1的将分别对应截面曲线的起点和终点,而截面曲线与静水面的交点对应的参数必在(0,1)区间内。
[0145] 采用二分法,通过不断将参数区间一分为二,获得区间的两个端点的Z坐标,当两个端点对应的参数值u之差小于1.0×10-3时,将此时的区间上下界限取平均,平均后所得到的结果即为广义截面曲线与静水面的交点所对应的参数值。
[0146] 举个例子,对第J条广义截面曲线,假设已经解得了其三次B样条表达式(即(16)式)。此时参数u=0和u=1分别对应此广义截面曲线的起点(位于基线上)和终点(位于最高水线处)。将(0,1)区间进行二分,得到(0,0.5)区间和(0.5,1),比较参数u=0.5所对应的点的Z坐标与静水面Z坐标,若u=0.5所对应的点的Z坐标小于静水面的Z坐标,证明静水面位于参数区间(0.5,1)之内。可在(0.5,1)进一步二分,搜索静水面对应的参数所位于的参数区间。重复这一过程,直到分得的区间的上下界限之差小于1.0×10-3时,可以将此时的区间上下界限取平均,平均后所得到的结果即为广义截面曲线与静水面的交点所对应的参数值。
[0147] 广义截面曲线与静水面只有唯一的交点。
[0148] 记第J条广义截面曲线与静水面交点的X坐标为xJ,将其带入波面方程(17),得到该截面曲线在与波面交点的纵向坐标ηJ。
[0149] 再次使用二分法,获得该截面曲线与ηJ所对应的参数uend。
[0150] 将参数域曲线从0到uend进行N等分,并将得到的参数代入截面曲线(即公式(16)确定的各条曲线),便可得到所需的瞬时表面下截面曲线的N个网格点。(N可以根据水动力计算的精度以及船舶外形的复杂性选择,图6中取N=30)
[0151] 应注意,由于船舶在基线处左右两端的导矢并不相等,截面曲线在靠近基线处有可能出现Z值小于零的问题。应注意在生成网格点后,检查所有的网格点的Z坐标。对Z坐标小于零的点,将其坐标修正为零即可。
[0152] 作为一个或多个实施例,获得各条水线的三次B样条曲线过程中,考虑波浪下船舶的瞬时湿表面,最高水线的高度应高于波浪的波幅。(指波面到海平面的最大距离)[0153] 作为一个或多个实施例,S5:基于生成的船体湿表面网格,采用Hess-Smith方法将相邻的四个网格点投影到同一个平面,生成船体表面面元,并得到面元的型心坐标。
[0154] 假定考虑线性规则波产生的波浪压力的合力(称之为傅汝德-克雷洛夫力)。假定线性规则波产生的动压力在每个面元内相等。将各面元的型心坐标带入线性规则波动压力的表达式,将得到的结果与对应面元的面积相乘,即可得到该面元作用的波浪压力的合力。将所有面元上作用的波浪压力的合力求和,记为整条船在所受的波浪压力。
[0155] 对其它的水动力,可以基于船体表面面元,利用面元法开展数值计算得到。为了简洁,在此不再赘述。
[0156] 与现有技术的相比的主要创新之处:
[0157] 1.现有技术多从船舶的横向剖面出发建立船体表面模型,本实施例从水线出发,因此不需要对型值点进行预处理(通常是加密),可以直接获得较为均匀的截面曲线数据点。
[0158] 2.在截面曲线的反算方面,本实施例使用了无因次的累计弦长参数化方法。这种方法的初衷在于,船体表面的长度通常远大于其宽度和深度,如使用常规的参数化方法,不利于体现船体几何模型在宽度和深度上的变化。而无因次的累计弦长参数化方法能够较好地解决这一问题。
[0159] 3.在船体表面与波浪交点的问题上,本实施例采用二分法,每当波面发生改变后,只需对各广义截面曲线从新进行二分法搜索,便可更新波面下的船体几何形状。这种做法易于实现,不需要对型值点进行从新参数化,效率较高。
[0160] 4.本实施例在船体网格的生产方面以三次B样条曲线为工具,不需要进行曲面的设计与重构,较现有的方法更加简洁高效。
[0161] 实施例二,本实施例提供了基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测系统;
[0162] 基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测系统,包括:
[0163] 实施例三,本实施例还提供了一种电子设备,包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令,所述计算机指令被处理器运行时,完成方法中的各个操作,为了简洁,在此不再赘述。
[0164] 所述电子设备可以是移动终端以及非移动终端,非移动终端包括台式计算机,移动终端包括智能手机(Smart Phone,如Android手机、IOS手机等)、智能眼镜、智能手表、智能手环、平板电脑笔记本电脑个人数字助理等可以进行无线通信的移动互联网设备。
[0165] 应理解,在本公开中,该处理器可以是中央处理单元CPU,该处理器还算可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC,现成可编程阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0166] 该存储器可以包括只读存储器随机存取存储器,并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如,存储器还可以存储设备类型的信息。
[0167] 在实现过程中,上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本公开所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成,或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器,处理器读取存储器中的信息,结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复,这里不再详细描述。本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元即算法步骤,能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
[0168] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
[0169] 在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其他的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能的划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另外一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或者直接耦合或者通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性、机械或其它的形式。
[0170] 所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0171] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈