一种船舶内壳板材优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112100748A(43)申请公布日2020.12.18(21)申请号202010994563.2(22)申请日2020.09.21(71)申请人集美大学地址361000福建省厦门市集美区银江路185号(72)发明人王荣杰郜怀通林安辉刘文霞曾超俊(74)专利代理机构厦门市精诚新创知识产权代理有限公司35218代理人何家富(51)Int.Cl.G06F30/15(2020.01)权利要求书4页说明书13页附图5页(54)发明名称一种船舶内壳板材优化设计方法(57)摘要本发明涉及一种船舶内壳板材优化设计方法，通过对船舶内壳板材进行参数化标注，使用群智能优化算法，在设计阶段对船舶内壳板材的形状尺寸进行优化，达到取得最大船舶货舱容积的目的。在满足各大海事组织规则和船级社规范的情况下，综合考虑船舶的尺寸约束、稳性约束、吃水约束和航行速度约束，使用人工蜂群优化算法、粒子群优化算法、遗传优化算法、差分进化算法以最大货舱容积作为优化目标进行优化计算。通过对一艘26500DWT油船的油舱进行优化设计，证明了方法的正确性和有效性，并评估出人工蜂群优化算法在船舶内壳板材优化设计问题上的优化能力强于其余三种算法。CN112100748ACN112100748A权利要求书1/4页1.一种船舶内壳板材优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：将船舶的货舱由n个横舱壁将其划分为n-1个舱室，将船舶的舱室和横舱壁按照由船首至船尾的顺序进行排序后，构建船舶货舱容积数学模型：其中，V表示货舱的容积，n表示横舱壁的数目，i表示横舱壁的序号，j表示仓室的序号，vj表示第j个舱室的容积，计算公式为：其中，hi表示第i个横舱壁至第i+1个横舱壁的之间的水平距离，si表示第i个横舱壁的面积，计算公式为：基于船舶的横剖面的竖直中心线构建y轴，基于横舱壁的横剖面的水平基线构建x轴，建立直角坐标系，其中，分别表示第i个横舱壁的内底板在x轴正方向上投影长度、内底边板在x轴上的投影长度、顶边舱斜板在x轴上的投影长度、舱口围板在x轴正方向上投影长度，分别表示第i个横舱壁的内底边板在y轴上的投影长度、内舷板在y轴上的投影长度、顶边舱斜板在y轴上的投影长度、舱口围板在y轴上投影长度；f()表示函数运算；通过群智能算法对船舶货舱容积数学模型中的各参数进行优化，使得船舶货舱容积最大。2.根据权利要求1所述的船舶内壳板材优化设计方法，其特征在于：优化的约束条件包括：ii2)x3≥[x3,min],y1≥[y1,min]3)δd≤[δdmax]4)dm≥[dm,min]5)GM≥[GMmin]6)THPμ≤THP7)Vbn≥[Vbn]ii其中，x3表示第i个横舱壁的内舷板与舷板的距离在x轴上的投影长度，y1表示第i个横舱壁的内底板与外底板的距离在y轴上的投影长度，B表示船舶的型宽，D表示船舶的型高，[x3,min]表示双舷侧的间距的最小值，[y1,min]表示双层底的间距的最小值，δd表示船舶在压载出港、压载到港、满载出港、满载到港四种航行状态下的首尾吃水差，[δdmax]表示最大允许的首尾吃水差，dm表示船舶在四种航行状态下的船中平均吃水，[dm,min]表示满足螺旋桨的埋没要求的最小船中吃水，GM表示船舶在四种航行状态下的初稳性高度，[GMmin]表示最小初稳性高度，THPμ表示船舶以船舶设计任务书要求的航速μ航行时需要的功率，THP表示2CN112100748A权利要求书2/4页船舶推进系统能提供的最大连续推进功率，Vbn表示船舶的压载水舱的容积，[Vbn]表示船舶压载到港时所需要的压载水舱的容积。3.根据权利要求2所述的船舶内壳板材优化设计方法，其特征在于：客船和干货船的双层底之间的最小间距[y1,min]为：载重量5000t以上的油船双舷侧的最小间距[x3,min]和双层底的最小间距[y1,min]分别为：其中，DW表示船舶设计吃水载重量。4.根据权利要求2所述的船舶内壳板材优化设计方法，其特征在于：四种航行状态下的首尾吃水差δd的计算公式为：其中，Xg表示重心纵向坐标；Xb表示浮心纵向坐标；Δ表示船舶的排水量；Mcm表示每厘米纵倾力矩；最大允许的首尾吃水差[δdmax]为：[δdmax]＝0.15·Lpp其中，LPP表示船舶的垂线间长。5.根据权利要求2所述的船舶内壳板材优化设计方法，其特征在于：四种航行状态下的船中平均吃水dm的计算公式为：其中，Δ表示船舶的排水量；LPP表示船舶的垂线间长；Cb表示船舶的方形系数；ρ表示海水密度；kf表示船舶附体系数；满足螺旋桨的埋没要求的最小船中吃水[dm,min]为：[dm,min]＝2+0.02·Lpp。6.根据权利要求2所述的船舶内壳板材优化设计方法，其特征在于：