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基于缩减数据的三维船体曲面NURBS表达
| 论文题名： | 基于缩减数据的三维船体曲面NURBS表达 |
| 关键词： | 船体曲面设计;水动力性能;NURBS建模;缩减数据;水线表达 |
| 摘要： | 船体曲面对船舶性能有至关重要的作用，是船舶浮态和稳性计算、自由液面修正、分舱、总布置、结构设计以及水动力相关计算的基础。在当今的船体曲面设计领域，NURBS因其能够准确表达船体曲面并且相关匹配技术（如节点的插入与消除、降阶与升阶等）都很成熟而被广泛使用，将NURBS运用到水动力分析、结构分析和制造仿真等方面时具有较好的性能。但是应用NURBS技术去构建船体曲线曲面还有一些问题，比如数据量大导致光顺和修改困难。 针对目前基于NURBS进行船体曲面建模需要大量数据，给设计和修改带来困难，并不利于与水动力性能相结合的问题，研究基于少量数据进行船体曲面三维建模的方法，以加快设计流程、减少设计周期，并为以后在船体曲面设计过程中融入水动力性能奠定基础。 首先，基于船体曲面的已知型值数据，建立了基于缩减控制点的水线逼近模型。为了实现以更少的数据进行船体曲线曲面建模，将水线按照是否有端部圆弧分为两类并分别进行水线分段，对水线的自由曲线段分别构造控制点多边形、确定设计变量和约束条件，通过反复试验，最终发现对于水线的自由曲线段进行五个控制点约束的逼近表达可以达到较好的结果，这五个控制点的中间三个都有非一权值。最终确定的设计变量为控制点的坐标及权因子，约束条件为首尾端点及其切矢，目标函数采用新水线与原水线在各横剖面处的最大相对误差或者误差平方和这两种方法。 其次，编写遗传算法计算程序并进行水线逼近求解。利用遗传算法类库GAlib构建基于二进制编码的基本遗传算法项目，并编写依赖于此项目的ARX项目对设计变量进行求解与输出、对水线进行绘制与显示。约束条件通过构造惩罚函数的方式实现。 最后，对两种目标函数生成的两组水线，分别在AutoCAD中进行放样操作生成放样曲面，并与原船的放样曲面进行对比。可以发现第二种目标函数在水线逼近上效果更好，但在曲面的表达上有不光顺的现象，分析其原因，这种目标函数产生的某些水线分别在不同的站面上产生最大偏离，利用这样的水线生成曲面可能造成这一结果。但第一种目标函数取得了较好的视觉效果。 本文的研究结果证明，对水线的自由曲线段进行五个带权控制点约束的逼近表达进而生成放样曲面可以达到较好的效果，具有一定的工程意义。 |
| 作者： | 姜久彬 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 陆丛红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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