《船舶與浮式海洋結構物參數化設計》系統地論述了三維參數化技術在船舶、海洋平台等浮式海洋結構物設計中的套用，提出了基於參數化技術的船體曲面設計、分艙與布置、浮性與穩性、結構建模、結構有限元前處理及結構最佳化設計等總體設計的基本理論與方法。書中重點研究兩方面問題，一是構造尺度驅動的浮式海洋結構物參數化模型，二是建立基於三維參數化模型的浮式海洋結構物設計方法。提出了由船體曲面、主要結構型表面、浮體、艙室、設備和結構6個參數化子模型組成的浮式海洋結構物參數化模型，解決了基於三維曲面和三維實體模型的各類性能計算方法，實現了浮式海洋結構物自上而下的設計流程。
基本介紹
- 外文名：Parametric Design of Ship and Floating Ocean Structure
- 書名：船舶與浮式海洋結構物參數化設計
- 作者：於雁雲 林焰
- 出版日期：2014年3月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：9787118093414
- 出版社：國防工業出版社
- 頁數：200頁
- 開本：16
- 品牌：國防工業出版社
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
《船舶與浮式海洋結構物參數化設計》可供船舶與海洋工程領域相關專業人員閱讀，亦可供本科生、研究生和高校教師參考。書中提出的方法均通過編制軟體加以驗證，各種算法通過編程實現，並給出工程套用算例。
圖書目錄
緒論 1
第1 章參數化設計方法概述 8
1. 1幾何造型技術的發展歷史 8
1. 1. 1二維線框造型技術 8
1. 1. 2三維線框造型技術 9
1. 1. 3曲面造型技術 9
1. 1. 4無約束實體造型技術 10
1. 1. 5參數化技術 11
1. 2參數化設計方法的分類 12
1. 2. 1程式參數化設計方法 12
1. 2. 2基於構造歷史的參數化設計方法 13
1. 2. 3基於幾何約束求解的參數化設計方法 14
1. 2. 4混合式參數化設計方法 15
1. 3草圖三要素 16
1. 3. 1幾何圖元 16
1. 3. 2幾何約束 16
1. 3. 3幾何約束求解 18
1. 4特徵造型實體造型技術 21
1. 5船舶與海洋結構物設計中常用的幾何造型技術 22
第2 章船體曲面三維參數化設計方法 23
2. 1船體曲面表達 23
2. 1. 1船體曲面整體表達法 24
2. 1. 2船體曲面的分片表達 25
2. 2船體曲面參數化設計基本原理 29
吁
2. 2. 1傳統的船舶線型設計方法 29
2. 2. 2船體曲面光順性準則 30
2. 3船型變換函式 30
2. 4船型變換函式光順性證明 32
2. 4. 1船型變換函式C2連續性證明 32
2. 4. 2船型變換函式滿足光順性準則(2)的證明 33
2. 4. 3船型變換函式滿足光順性準則(3)的證明 34
2. 5變換函式的套用 34
2. 6船體曲面局部變換 34
2. 6. 1首尾曲面局部修改 35
2. 6. 2局部增加排水量 36
2. 7船體曲面整體變換 39
2. 7. 1船體曲面整體線性變換(1 - Cp 法) 39
2. 7. 2船體曲面二次變換(Lackenby 法) 41
2. 8船體曲面UV 度變換 41
2. 9小結 43
第3 章浮式海洋結構物主結構型表面參數化設計 45
3. 1TSPS 參數化建模 46
3. 2TSPS 草圖 46
3. 2. 1幾何圖元 46
3. 2. 2幾何約束 47
3. 2. 3過約束與欠約束處理 49
3. 2. 4幾何約束求解 50
3. 3基於特徵造型法建立TSPS 三維模型 51
3. 4海洋平台TSPS 參數化設計 53
3. 4. 1海洋平台TSPS 草圖 54
3. 4. 2海洋平台TSPS 三維模型 55
3. 5船舶TSPS 參數化設計 56
3. 5. 1船舶TSPS 分類 56
3. 5. 2船舶TSPS 草圖 57
3. 5. 3船舶TSPS 三維建模 60
3. 6浮船塢TSPS 參數化設計 61
3. 6. 1浮船塢TSPS 草圖 61
3. 6. 2浮船塢TSPS 參數化建模 63
3. 7小結 63
第4 章三維參數化總布置與分艙設計 65
4. 1實體造型技術 65
4. 1. 1單元分解表示法 65
4. 1. 2構造實體幾何表示法(CSG) 67
4. 1. 3邊界表達法 67
4. 1. 4B - Rep 與CSG 混合表達法 68
4. 1. 5ACIS 三維幾何造型核心 69
4. 2三維參數化總布置設計 70
4. 2. 1總布置草圖的幾何約束求解系統 72
4. 2. 2通過總布置草圖調整設備的空間位置 73
4. 3三維參數化分艙 75
4. 3. 1雙層結構艙室模型 75
4. 3. 2圍成艙室的B - Rep 曲面集建立 76
4. 3. 3基於ACIS 構造艙室B - Rep 77
4. 4船舶參數化分艙最佳化設計方法 79
4. 4. 1ISP 及艙室參數化模型 80
4. 4. 2船舶參數化分艙最佳化設計最佳化模型 81
4. 4. 3設計變數的分類 81
4. 4. 4基於參數化技術的船舶分艙最佳化設計方法 81
4. 4. 5油船參數化分艙最佳化設計方法 82
4. 4. 6船舶內殼結構參數化最佳化設計特點 90
4. 5小結 90
第5 章三維參數化浮性與穩性計算方法 92
5. 1傳統的完整穩性計算方法概述 92
5. 1. 1基於插值法的自由浮態穩性計算方法 93
5. 1. 2基於最佳化方法的自由浮態下穩性計算方法 93
5. 1. 3傳統穩性計算方法的局限性 94
5. 2浮體參數化建模 95
喻
5. 2. 1外部模型 95
5. 2. 2內部模型 97
5. 3基於B - Rep 的靜水力特性計算 98
5. 3. 1基於三維實體模型的靜水力曲線計算 99
5. 3. 2基於三維實體模型的穩性插值曲線計算 100
5. 3. 3基於三維實體模型的邦戎曲線計算 101
5. 4基於三維浮體模型的復原力臂直接疊代算法 102
5. 4. 1基於三維B - Rep 浮體模型的復原力臂計算原理 102
5. 4. 2復原力臂計算方法的正確性驗證 103
5. 5基於三維浮體模型的靜穩性曲線計算實例 105
5. 5. 150000 DWT 成品油船靜穩性曲線計算 106
5. 5. 23000m 深水半潛式鑽井平台靜穩性曲線計算 107
5. 5. 3300 英尺自升式鑽井平台靜穩性曲線計算 108
5. 5. 48 萬t 浮船塢靜穩性曲線計算 109
5. 6基於B - Rep 浮體模型的破艙穩性計算方法 110
5. 6. 1傳統破艙穩性計算方法 110
5. 6. 2基於三維實體模型計算浮式海洋結構
物破艙穩性基本原理 111
5. 6. 3基於B - Rep 浮體模型的艙室破損後
靜水力性能計算 112
5. 6. 4基於B - Rep 浮體模型的艙室破損後浮態計算 113
5. 6. 5艙室破損後穩性計算 114
5. 7穩性曲面及其套用 114
5. 7. 1靜穩性曲面定義 115
5. 7. 2靜穩性曲面建立 115
5. 7. 3靜穩性曲面的性質 116
5. 7. 4靜穩性曲面套用 116
5. 8小結 118
第6 章船舶與海洋結構物結構參數化設計 119
6. 1浮式海洋結構物的結構表達 119
6. 2浮式海洋結構物結構參數化建模 120
6. 3船體結構程式參數化建模方法 121
6. 3. 1船體結構功能模組定義 122
6. 3. 2船體結構模型定義 124
6. 3. 3參數的選取 126
6. 3. 4程式結構參數化設計方法的特點 127
6. 4基於三維幾何約束求解的船舶結構參數化設計 128
6. 4. 1船舶結構參數化機制 128
6. 4. 2三維幾何約束求解 129
6. 4. 3板材附屬結構參數化建模 131
6. 4. 4尺度驅動特性 132
6. 4. 5基於三維幾何約束求解的船體結構參數化
建模方法的特點 133
6. 5基於幾何約束求解的結構參數化建模方法 133
6. 5. 1板材的參數化建模 134
6. 5. 2附屬結構參數化建模 134
6. 6浮式海洋結構物結構三維模型的套用 135
6. 6. 1三維參數化模型在船體結構屬性計算中的套用 136
6. 6. 2三維結構模型在管系及通風等系統設計中的套用 137
6. 6. 3三維結構模型在結構FEA 中的套用 138
6. 7結構有限元分析 138
6. 7. 1傳統的有限元前處理技術 138
6. 7. 2基於參數化設計方法的船舶結構有限元前處理 140
6. 7. 3兩次劃分的格線生成方法 141
6. 7. 4初步格線劃分 142
6. 7. 5曲面板的初步格線劃分 145
6. 7. 6二次格線劃分 149
6. 8小結 153
第7 章浮式海洋結構物參數化結構最佳化設計 154
7. 1浮式海洋結構物結構最佳化設計概述 154
7. 1. 1浮式海洋結構物結構最佳化設計方法研究現狀 155
7. 1. 2結構尺寸最佳化方法 155
7. 1. 3結構形狀最佳化方法 156
7. 2浮式海洋結構物結構尺寸最佳化方法 156
御
7. 2. 1相關概念 156
7. 2. 2結構構件尺寸最佳化的最佳化模型 157
7. 2. 3基於屈服強度和屈曲強度的結構尺寸最佳化方法 158
7. 2. 4板縫分布最佳化設計 160
7. 2. 5板縫分布最佳化方法 161
7. 2. 6對規範尺度的考慮 163
7. 2. 762000DWT 散貨船尺寸最佳化設計算例 165
7. 2. 8結構尺寸最佳化方法的特點 171
7. 3浮式海洋結構物參數化結構形狀最佳化設計 171
7. 3. 1參數化結構形狀最佳化的最佳化模型 172
7. 3. 2最佳化方法的選擇 173
7. 3. 3浮式海洋結構物結構形狀最佳化設計流程 175
7. 3. 4參數化結構形狀最佳化設計實例 175
7. 4小結 178
結語 179
附錄A 181
附錄B 183
參考文獻 194
第1 章參數化設計方法概述 8
1. 1幾何造型技術的發展歷史 8
1. 1. 1二維線框造型技術 8
1. 1. 2三維線框造型技術 9
1. 1. 3曲面造型技術 9
1. 1. 4無約束實體造型技術 10
1. 1. 5參數化技術 11
1. 2參數化設計方法的分類 12
1. 2. 1程式參數化設計方法 12
1. 2. 2基於構造歷史的參數化設計方法 13
1. 2. 3基於幾何約束求解的參數化設計方法 14
1. 2. 4混合式參數化設計方法 15
1. 3草圖三要素 16
1. 3. 1幾何圖元 16
1. 3. 2幾何約束 16
1. 3. 3幾何約束求解 18
1. 4特徵造型實體造型技術 21
1. 5船舶與海洋結構物設計中常用的幾何造型技術 22
第2 章船體曲面三維參數化設計方法 23
2. 1船體曲面表達 23
2. 1. 1船體曲面整體表達法 24
2. 1. 2船體曲面的分片表達 25
2. 2船體曲面參數化設計基本原理 29
吁
2. 2. 1傳統的船舶線型設計方法 29
2. 2. 2船體曲面光順性準則 30
2. 3船型變換函式 30
2. 4船型變換函式光順性證明 32
2. 4. 1船型變換函式C2連續性證明 32
2. 4. 2船型變換函式滿足光順性準則(2)的證明 33
2. 4. 3船型變換函式滿足光順性準則(3)的證明 34
2. 5變換函式的套用 34
2. 6船體曲面局部變換 34
2. 6. 1首尾曲面局部修改 35
2. 6. 2局部增加排水量 36
2. 7船體曲面整體變換 39
2. 7. 1船體曲面整體線性變換(1 - Cp 法) 39
2. 7. 2船體曲面二次變換(Lackenby 法) 41
2. 8船體曲面UV 度變換 41
2. 9小結 43
第3 章浮式海洋結構物主結構型表面參數化設計 45
3. 1TSPS 參數化建模 46
3. 2TSPS 草圖 46
3. 2. 1幾何圖元 46
3. 2. 2幾何約束 47
3. 2. 3過約束與欠約束處理 49
3. 2. 4幾何約束求解 50
3. 3基於特徵造型法建立TSPS 三維模型 51
3. 4海洋平台TSPS 參數化設計 53
3. 4. 1海洋平台TSPS 草圖 54
3. 4. 2海洋平台TSPS 三維模型 55
3. 5船舶TSPS 參數化設計 56
3. 5. 1船舶TSPS 分類 56
3. 5. 2船舶TSPS 草圖 57
3. 5. 3船舶TSPS 三維建模 60
3. 6浮船塢TSPS 參數化設計 61
3. 6. 1浮船塢TSPS 草圖 61
3. 6. 2浮船塢TSPS 參數化建模 63
3. 7小結 63
第4 章三維參數化總布置與分艙設計 65
4. 1實體造型技術 65
4. 1. 1單元分解表示法 65
4. 1. 2構造實體幾何表示法(CSG) 67
4. 1. 3邊界表達法 67
4. 1. 4B - Rep 與CSG 混合表達法 68
4. 1. 5ACIS 三維幾何造型核心 69
4. 2三維參數化總布置設計 70
4. 2. 1總布置草圖的幾何約束求解系統 72
4. 2. 2通過總布置草圖調整設備的空間位置 73
4. 3三維參數化分艙 75
4. 3. 1雙層結構艙室模型 75
4. 3. 2圍成艙室的B - Rep 曲面集建立 76
4. 3. 3基於ACIS 構造艙室B - Rep 77
4. 4船舶參數化分艙最佳化設計方法 79
4. 4. 1ISP 及艙室參數化模型 80
4. 4. 2船舶參數化分艙最佳化設計最佳化模型 81
4. 4. 3設計變數的分類 81
4. 4. 4基於參數化技術的船舶分艙最佳化設計方法 81
4. 4. 5油船參數化分艙最佳化設計方法 82
4. 4. 6船舶內殼結構參數化最佳化設計特點 90
4. 5小結 90
第5 章三維參數化浮性與穩性計算方法 92
5. 1傳統的完整穩性計算方法概述 92
5. 1. 1基於插值法的自由浮態穩性計算方法 93
5. 1. 2基於最佳化方法的自由浮態下穩性計算方法 93
5. 1. 3傳統穩性計算方法的局限性 94
5. 2浮體參數化建模 95
喻
5. 2. 1外部模型 95
5. 2. 2內部模型 97
5. 3基於B - Rep 的靜水力特性計算 98
5. 3. 1基於三維實體模型的靜水力曲線計算 99
5. 3. 2基於三維實體模型的穩性插值曲線計算 100
5. 3. 3基於三維實體模型的邦戎曲線計算 101
5. 4基於三維浮體模型的復原力臂直接疊代算法 102
5. 4. 1基於三維B - Rep 浮體模型的復原力臂計算原理 102
5. 4. 2復原力臂計算方法的正確性驗證 103
5. 5基於三維浮體模型的靜穩性曲線計算實例 105
5. 5. 150000 DWT 成品油船靜穩性曲線計算 106
5. 5. 23000m 深水半潛式鑽井平台靜穩性曲線計算 107
5. 5. 3300 英尺自升式鑽井平台靜穩性曲線計算 108
5. 5. 48 萬t 浮船塢靜穩性曲線計算 109
5. 6基於B - Rep 浮體模型的破艙穩性計算方法 110
5. 6. 1傳統破艙穩性計算方法 110
5. 6. 2基於三維實體模型計算浮式海洋結構
物破艙穩性基本原理 111
5. 6. 3基於B - Rep 浮體模型的艙室破損後
靜水力性能計算 112
5. 6. 4基於B - Rep 浮體模型的艙室破損後浮態計算 113
5. 6. 5艙室破損後穩性計算 114
5. 7穩性曲面及其套用 114
5. 7. 1靜穩性曲面定義 115
5. 7. 2靜穩性曲面建立 115
5. 7. 3靜穩性曲面的性質 116
5. 7. 4靜穩性曲面套用 116
5. 8小結 118
第6 章船舶與海洋結構物結構參數化設計 119
6. 1浮式海洋結構物的結構表達 119
6. 2浮式海洋結構物結構參數化建模 120
6. 3船體結構程式參數化建模方法 121
6. 3. 1船體結構功能模組定義 122
6. 3. 2船體結構模型定義 124
6. 3. 3參數的選取 126
6. 3. 4程式結構參數化設計方法的特點 127
6. 4基於三維幾何約束求解的船舶結構參數化設計 128
6. 4. 1船舶結構參數化機制 128
6. 4. 2三維幾何約束求解 129
6. 4. 3板材附屬結構參數化建模 131
6. 4. 4尺度驅動特性 132
6. 4. 5基於三維幾何約束求解的船體結構參數化
建模方法的特點 133
6. 5基於幾何約束求解的結構參數化建模方法 133
6. 5. 1板材的參數化建模 134
6. 5. 2附屬結構參數化建模 134
6. 6浮式海洋結構物結構三維模型的套用 135
6. 6. 1三維參數化模型在船體結構屬性計算中的套用 136
6. 6. 2三維結構模型在管系及通風等系統設計中的套用 137
6. 6. 3三維結構模型在結構FEA 中的套用 138
6. 7結構有限元分析 138
6. 7. 1傳統的有限元前處理技術 138
6. 7. 2基於參數化設計方法的船舶結構有限元前處理 140
6. 7. 3兩次劃分的格線生成方法 141
6. 7. 4初步格線劃分 142
6. 7. 5曲面板的初步格線劃分 145
6. 7. 6二次格線劃分 149
6. 8小結 153
第7 章浮式海洋結構物參數化結構最佳化設計 154
7. 1浮式海洋結構物結構最佳化設計概述 154
7. 1. 1浮式海洋結構物結構最佳化設計方法研究現狀 155
7. 1. 2結構尺寸最佳化方法 155
7. 1. 3結構形狀最佳化方法 156
7. 2浮式海洋結構物結構尺寸最佳化方法 156
御
7. 2. 1相關概念 156
7. 2. 2結構構件尺寸最佳化的最佳化模型 157
7. 2. 3基於屈服強度和屈曲強度的結構尺寸最佳化方法 158
7. 2. 4板縫分布最佳化設計 160
7. 2. 5板縫分布最佳化方法 161
7. 2. 6對規範尺度的考慮 163
7. 2. 762000DWT 散貨船尺寸最佳化設計算例 165
7. 2. 8結構尺寸最佳化方法的特點 171
7. 3浮式海洋結構物參數化結構形狀最佳化設計 171
7. 3. 1參數化結構形狀最佳化的最佳化模型 172
7. 3. 2最佳化方法的選擇 173
7. 3. 3浮式海洋結構物結構形狀最佳化設計流程 175
7. 3. 4參數化結構形狀最佳化設計實例 175
7. 4小結 178
結語 179
附錄A 181
附錄B 183
參考文獻 194
