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關注創建者:天洑軟件 創建時間:2023-11-21
船型的視頻教程
Fine Marine之船舶阻力自動化仿真方案 ——更專業的船舶CFD工具
伴隨著日益增長的船舶性能提高需求,如何利用更專業的船舶CFD工具針對更復雜船型進行自動化、快速高精度的阻力仿真預報,以及如何進行更真實的實船阻力仿真預報,從而實現降低模型試驗成本以及換算偏差,答案就在本期的Fine Marine之船舶阻力自動化仿真方案。
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船型的實例教程
用戶可以通過輸入對應船型參數,進行對應船型性能的預測與評估,NavCad需要輸入的參數并不多,對于熟悉軟件的客戶,大部分參數可以相對快速、準確的找到并輸入,但還有少部分參數并不容易得到或者需要一些經驗。例如在NavCad高級版中的ADVM(AnalyticalDistributed Volume Method)方法,需要輸入各個橫剖面站位的剖面面積與型心等信息,這些信息在很多情況下并不能很簡單的得到。
*ADVM需要手動輸入每個橫剖面的剖面信息
NavCad CAD import 功能是針對已有船型幾何的情況下,開發的對船型進行自動捕捉,自動識別的工具。可以極大的提高船型參數的輸入效率與準確性。
用戶通過導入已有船型幾何,例如STL,OBJ格式,NavCad可以自動識別船型參數,通過這些參數,NavCad計算相應船型性能。下面分別通過例子展示CAD import工具的功能,分別是ITTC-78(CT)排水量型船型和Planing高速艇船型。
一、ITTC-78(CT)排水量船型
首先打開CAD import工具界面,設置好單位,點擊import,導入對應的船型幾何文件,目前支持的幾何格式有STL (ASCII) 與 OBJ。需要注意的是,導入的幾何必須是整船幾何,而且是封閉的。
*導入船型幾何
導入幾何后,調整幾何方向,使得幾何滿足如下圖所示方向,并選擇對應的船型設置參數(ITTC 78)。
點擊waterline設置水線位置,尾封板位置等。
*Waterline設定
設置橫剖面站位,有standard,coarse,fine三個設定。
展開 不同優化策略的優化結果分析
圖8所示為不同優化策略優化船型的船體表面壓力系數分布。由圖8(a) 可知,Silverbullet優化船型的球鼻艏表面負壓區范圍明顯縮小,興波阻力降低,對中高速船來說,可以有效地降低總阻力。由圖8(b) 可知,在相同的優化次數下,Silverbullet算法開啟bound break后的優化船型在船首區域的壓力系數減小,艏肩處負壓區范圍縮小,艉部區域壓力梯度有所減緩,船體阻力進一步降低。圖9所示為自由液面波切圖,圖中W為波高。從圖中可以看出,Silverbullet算法優化船型的自由液面波高較Sobol+Tsearch優化船型有所降低,開啟bound break后優化船型的波高降幅更大。
(a)Sobol+Tsearch和Silverbullet
(b)Silverbullet和Silverbullet with bound break(100)
圖8 不同優化船型的船體表面壓力系數分布
圖9 自由液面波切圖
將Silverbullet with bound break (100) 優化策略的優化船型與原始船型進行對比,優化船型的設計變量數值如表4所示。由表可知,優化船型的部分設計變量數值是在設計空間邊界外的,優化線型的光順性滿足設計要求。優化線型較原始線型在球鼻艏處長度有所增加,略微上翹,艉部線型也有所削瘦,如圖10所示。圖中,虛線為原始線型,實線為優化線型。從圖11也可以看出,優化船型的船體表面壓力分布和自由液面波幅較原始船型都得到了改善。
展開 將Nelder-Mead Simplex算法,內置于Sobol的Design Pre功能欄中,并以SHIPFLOW軟件計算得到的總阻力系數Ct最小為優化目標,Volume_delta≤10為約束條件,對KCS船型展開優化。
結果列表
如下圖,各設計方案中排水體積的變化均得到了很好的約束。
Nelder-Mead Simplex算法與Brent算法對比:
1.兩種算法均可以與sobol“搭檔”在滿足排水體積不變的前提下進行船型優化
2.Brent算法只可以設置一個“自適應”變量。如果船體變形比較明顯的話,Brent中的變量有時會需要產生較明顯的數值變化,從而滿足排水體積不變。這樣可能會導致船體局部幾何的不合理。
3.Nelder-Mead Simplex算法可以設置多個“自適應”變量,可以很好解決上述問題。
展開 天洑星人物:陳子澄
擅長領域:船舶、螺旋槳設計、流體機械、結構設計
擅長軟件:CAESES 、STAR-CCM+、UG、Solidworks
CAESES+SHIPFLOW船型優化
作者:陳子澄
隨著世界航運業對船舶節能減排的呼聲日益高漲,節能船型的研發越來越受到重視。基于CFD的船型優化方法是船舶設計人員目前最依賴的手段之一。 南京天洑軟件有限公司的兩款產品CAESES,SHIPFLOW可以很好地滿足這一設計需求,并且已經在世界范圍內得以廣泛應用。
JBC(Japan Bulk Carrier) 是一款大家熟知的好望角型散貨船,它是由日本NMRI,橫濱國立大學以及SRC 聯合開發的。以這艘船為例,我們將展示CAESES+SHIPFLOW進行耦合優化,目標是減小它的船體阻力并提高推進效率。
展開 在實際的船型優化項目當中,總是需要滿足一定的限制條件。常規的限制條件如:排水體積,浮心位置,硬點(hardpoint)等等。在某些特殊情況下,也需要對船體局部的幾何有一定的限制要求,如某縱剖線和某水線的夾角不得超過某一限定的角度。
我們從型線圖中可以很容易的得到縱剖線與水線的夾角。但對于船型優化來說,由于船體幾何是不斷變化的,因此該夾角也會隨之變化。在這種情況下,夾角是沒辦法從無法實時變化的型線圖上讀出的。想通過其他CAD軟件實現起來也很困難。
CAESES憑借其強大的建模能力及二次開發能力(Feature)使得讀取實時變化的夾角角度成為可能。本文將以CAESES內置某一船型舉例,測量其16m水線和8m縱剖線的夾角隨著船型變化的變化。
夾角的測量
導入已有船型,并轉化成 brep 格式
2. 通過編寫Feature,得到其16m水線和8m縱剖線
3. 由于兩條曲線于空間相交,因此需要將它們投影到相同的平面
4. 通過編寫Feature,計算兩個投影曲線的夾角
船型變換
利用FFD的變型方式,對船體首部進行變型
2. 由于船體首部線型發生變化,因此相對應區域的16m水線和8m縱剖線形狀也會發生變化,夾角因此隨之改變。如下圖:
優化限制條件的應用
可以假設規定該夾角不得大于26度。
展開 
船型的最新內容
廣泛兼容,支持定制:
不論您的無人船是用于環保監測、水上救援還是安防巡查,我們都可針對不同船型和電池規格提供定制化無線充電解決方案。
應用場景廣泛,不止于應急救援
除了水上應急救援船,該無線充電系統還廣泛應用于水產養殖無人船、測繪艇、防汛監測艇等多種智能船舶領域,推動水上行業向智能化、無人化轉型升級。
未來,天洑軟件將持續深化與國內外合作伙伴及行業用戶的協同創新,推動CAESES在船型優化、節能減阻等關鍵場景的深度應用,助力全球船舶工業加速向智能化、綠色化方向升級,共同構建開放共贏的船舶技術生態。
其研究的主要問題包括:
? 船舶以一定速度在水中直線航行時所遭受的各種阻力的成因及其性質;
? 阻力隨航速、船型和外界條件的變化規律;
? 研究減小阻力的方法,尋求設計低阻力的優良船型;
? 為設計推進器(螺旋槳)和決定主機功率提供依據。
減小興波阻力的主要途徑就是改進船型,船型由下面幾個參數決定:draft 、Halfbeam、Height 等。每一組參數,都對應一種船型,也就對應一個興波阻力。剛剛這些參數含義我也不懂,其實這工具它也不懂,你就把這些數據放里,它就kuakuakua一頓算,就能找到這些參數之間的關系,從而進行計算和預測。我手里現在的這份數據,有1211組,這些數據,有的是實驗來的,有的是CFD仿真算的。
意為根據17個設計變量,生成1000個船型方案每個船型幾何上取8000個點,用于比較分析各個方案的幾何區別。
點擊綠色啟動按鈕,CAESES會自動生成方案進行比較分析。該過程僅涉及幾何運算,不進行仿真計算,用時較少。實測用20核,1000個方案,每個方案8000個點,分析需要110分鐘左右。
3 船舶規范約束導致的Max Ratio問題
3.1 模型建模規范
很多行業都有自身的建模規范,在船舶行業,油、散、集三種船型一直是民船市場的三大主流船型,從下面2023年新接單可知油船和散貨船占據前兩位。而油船和散貨船的結構強度校核必須符合船舶行業的共同結構規范(Common Structure Rule,CSR),該規范在2006年由國際船級社協會(IACS)頒布,一直沿用到現在。
圖5 AICFD智能加速案例:簡化汽車外氣動仿真
4)優化多相流VOF算法
多相流VOF模型可以準確分析船舶航行過程中受到的阻力情況,從而指導船型設計優化,提高船舶的可用性和經濟性。
該APP可以通過輸入船舶的基本參數,如船型、排氣管直徑、航行速度、風向、風速等,對船舶煙氣的流動情況進行模擬分析,從而評估煙囪的高度是否合理。該APP還可以提供詳細的煙氣流場圖和數值分析結果,幫助船東和船舶設計師更好地了解船舶煙氣流動情況,優化船舶設計和排放標準。
對于船東和船舶設計師而言,使用該APP可以有效地避免煙氣回卷等問題,減少對船員和上層建筑的影響,提高船舶的安全性和舒適性。
1 研究對象及研究內容
1.1 研究對象
該文以救撈船布設的救撈作業場為研究對象,救撈船的主尺度見表1,該文根據母船船型為該船建立了用于仿真計算的幾何網格模型圖。
表1 救撈船主尺度
1.2 作業場基本參數
該文在分析中選用的坐標情況如下:船首處為坐標原點,船長方向為X軸,船艏為正;船寬方向為Y軸,右舷為正;型深方向為Z軸,向上為正。錨泊角規定和纜繩編號如圖1所示。
工程描述
圖1
KCS 船型參數化模型
某KCS船型參數化模型如圖1所示,該船型的參數化模型共包含球鼻艏變形參數、橫剖面面積曲線變形參數、進流段、去流段及艉封板變形參數等共8個設計變量。