NURBS流曲線曲面研究及其在船體曲面參數化設計中的套用

《NURBS流曲線曲面研究及其在船體曲面參數化設計中的套用》是依託大連理工大學,由陸叢紅擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：NURBS流曲線曲面研究及其在船體曲面參數化設計中的套用
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陸叢紅

項目摘要

船體曲面是與流體相互作用的功能曲面，NURBS是目前用於船體曲面設計和表達最常用的數學工具。但經幾十年的套用，船體曲面設計仍停留在NURBS的數學和幾何特性與船體曲面流場信息相分離的階段。因此在船體曲面設計初期，型線所在截面的流體力學性能無從知曉，並且已有NURBS方法使船體曲面控制參數較多，不利於曲面靈活修改和光順。本課題旨在船體曲面設計初期即考慮其流體力學性能，引入攜帶流場信息的功能曲線曲面- - -流曲線曲面，將流場信息引入到相關參數中，並研究NURBS曲線曲面與流曲線曲面之間的關係，探討利用NURBS曲線曲面構造流曲線曲面（簡稱NURBS流曲線曲面）的理論與方法。套用NURBS流曲線來控制船體曲面的特徵水線，通過與其他特徵參數和輔助特徵線相結合，套用相對傳統方法較少的參數，實現船體曲面的參數化設計和靈活修改，為套用NURBS流曲線曲面進行船體曲面參數化設計做出有益的嘗試。

結題摘要

船體曲面是與流體相互作用的功能曲面。目前在船舶初步設計階段，基於NURBS船體曲面表達和設計中，存在兩個問題：一是控制參數冗餘，二是NURBS的數學和幾何特性與船體曲面流場信息相分離。針對這兩個問題，本項目首先確定了常規船型的船體曲面的特徵參數和特徵線，結合一般遺傳算法，通過實船算例，驗證了以縮減控制頂點數表達船體曲面特徵線的可行性；然後結合拉普拉斯方程和勢流理論，提出了面向NURBS的新的參數化方法——跡線參數化方法；在此基礎上，根據流線的特徵，將拉普拉斯方程和NURBS曲線有機結合，初步構造了NURBS流曲線，使NURBS曲線可以攜帶流場信息；利用所提出的參數化方法和構造的NURBS流曲線，結合免疫遺傳算法和量子行為粒子群算法，對已有設計船的特徵水線進行逼近，效果良好；更進一步，提出了基於根變數的多種群隔離進化算法，以特徵水線的水線面面積和面積心坐標為目標，利用NURBS流曲線，對特徵水線進行設計，再結合首尾輪廓線、平邊線等特徵線，通過蒙皮法生成船體曲面。從而實現了基於相對傳統方法較少的參數，考慮船體曲面的流體力學特性，對船體曲面進行參數化設計和靈活修改，為套用NURBS流曲線曲面進行船體曲面參數化設計做出有益的嘗試。