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原文传递船舶兴波阻力计算及型线优化

论文题名：	船舶兴波阻力计算及型线优化
关键词：	兴波阻力;遗传算法;船型优化;基元波波陡限制;数值模拟
摘要：	寻找最优阻力性能的船型一直是都学术界和工程界的难点和热点。本论文主要对船舶兴波阻力计算进行了深入系统的研究，然后开展了基于遗传算法的船体型线优化研究。　　本文首先系统的阐述了船舶兴波阻力理论的发展历程，总结了国内外在线性理论和非线性理论方面的研究现状和发展趋势。并阐述了兴波阻力数值计算方法在船型优化方面的应用及发展前景。　　基于线性兴波阻力理论，成功编制了兴波阻力数值预报程序，并对不同船型的兴波阻力进行计算。其中，基于Michell积分薄船理论的数值计算方过程中，引入了帐篷函数用于近似表达船体表面形状；基于Noblesse新细长船理论的数值计算过程中，采用了一种新的数值计算方法，利用特殊函数将被积函数展开并计算Kochin自由波幅函数，同时分析了自由波幅函数的积分项，将原本在无限域中的积分转化为在有限域内计算，为了降低积分结果中的震荡起伏，引入了基元波波陡限制对计算结果进行了修正。结果表明：本文建立的数值计算方法，能够在一定程度上预报船舶的兴波阻力性能，但预报的准确性取决于船型；在Noblesse新细长船方法中对基元波波陡进行限制，得到修正的结果更加接近试验值。另外，还对Noblesse方法中水线积分项对兴波阻力计算结果的影响进行了分析，证实了水线积分项具有重要的作用。　　基于势流理论，研究了任意三维物体的无升力绕流问题，并根据Hess-smith面元法，编制了任意三维物体在静水中的绕流计算程序。对简单三维物体(如球体、椭球体)绕流问题进行数值模拟，计算结果与实验值吻合较好，验证了文本程序的可靠性。然后，对船体的叠模绕流进行计算，得到了船体表面的速度分布及压力分布。　　将叠模绕流作为基本流，采用四阶龙格库塔法追踪流线，并以流线为横向网格线绘制自由面网格。在自由液面处考虑兴波扰动影响，基于Dawson方法，编制了弱非线性的兴波阻力预报程序。在数值计算过程中，对于沿自由面流线的导数采用四阶迎风差分格式进行计算，在自由面网格前后边界处，采用两点差分格式。计算不同船型的兴波阻力并与线性理论计算结果及试验值比较，结果表明：Dawson方法是一种快速准确的兴波阻力计算方法，且适用范围不受船型的约束，并且Dawson方法还能预测船侧兴波的波高和波形。　　以兴波阻力作为优化目标，对船体型线进行优化。初步研究了遗传算法在船型优化中的应用，根据英国设菲尔德大学开发的遗传算法工具箱，编制了相关优化程序。优化结果表明，优化船型较母型的兴波阻力性能有了较好的改善。
作者：	兰亮
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	黄胜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文