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原文传递基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法及系统

专利名称：	基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法及系统
摘要：	本公开公开了基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法及系统，读取船舶的型值点；根据各水线上的型值点，反算水线的三次B样条表达式；基于水线的三次B样条表达式，计算船体外形的广义截面曲线；确定波浪的类型及波面的表达式，根据波浪的类型及波面的表达式，寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点，进而获得波浪中船体湿表面网格；基于波浪中船体湿表面网格，预测波浪中船舶所受到的水动力。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	中国石油大学(华东)
发明人：	张伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910606257.4
公开号：	CN110282073A
代理机构：	济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：	黄海丽
分类号：	B63B9/00(2006.01);B;B63;B63B;B63B9
申请人地址：	266580 山东省青岛市黄岛区长江西路66号
主权项：	1.基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法，其特征是，包括：读取船舶的型值点；根据各水线上的型值点，反算水线的三次B样条表达式；基于水线的三次B样条表达式，计算船体外形的广义截面曲线；确定波浪的类型及波面的表达式，根据波浪的类型及波面的表达式，寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点，进而获得波浪中船体湿表面网格；基于波浪中船体湿表面网格，预测波浪中船舶所受到的水动力。 2.如权利要求1所述的方法，其特征是，读取船舶的型值点，首先接收输入的已知型值点，记为其中，i表示型值点处于的水线标号，以船舶基线为0，沿Z轴正向递增，Z轴正向竖直向上；j表示型值点在水线上的位置，以船尾部的第一个点为0，沿X轴正向递增，X轴正向指向船首。 3.如权利要求1所述的方法，其特征是，根据各水线上的型值点，反算水线的B样条表达式；第i条水线的三次B样条表达式的获取方式，包括以下步骤： S21，型值点的参数化：假设第i条水线上共包含n+1个型值点，则该条水线上的型值点中j的取值范围为0,1,…,n；将n+1个型值点按累积弦长方法进行参数化；令di为第i条水线的总弦长，则其中，表示第i条水线上第j个型值点，表示第i条水线上第j-1个型值点；第i条水线上第j个型值点对应的参数值表示为：其中，表示第i条水线上第j-1个型值点对应的参数值；构造节点矢量其中， ui,0＝…＝ui,3＝0， (3-1) ui,n+3＝…＝ui,n+6＝1， (3-2) 其中，ui,0,ui,1,ui,2,…,ui,n+6表示定义第i条水线三次B样条表达式所需节点矢量的各个元素； S22，导矢的确定：记第i条水线首导矢为尾导矢为为计算和记第i条水线上距船尾最近的两个型值点的坐标为其中，表示第i条水线上距船尾最近的型值点坐标；表示第i条水线上距船尾第二近的型值点坐标；类似地，记第i条水线上距船首最近的两个型值点的坐标为：其中，表示第i条水线上距船首最近的型值点坐标；表示距船首第二近的型值点坐标；计算和 S23，采用三次B样条，按给定两端导矢的反算算法，求解方程组(8)获得待求的第i条水线控制顶点j＝0，...，n+2；其中，表示第i条水线的三次B样条表达式的第1个控制点坐标，表示第i条水线的三次B样条表达式的第2个控制点坐标，以此类推，为第i条水线的三次B样条表达式的第n+3个控制点坐标；表示第i条水线上第1个型值点坐标，表示第i条水线上第2个型值点坐标，以此类推，为第i条水线第n+1个型值点坐标；是定义在非均匀节点矢量上的三次B样条基函数,其定义为：其中，ui,k表示中的第k个元素，ui,k+1表示中的第k+1个元素，p表示B样条基函数的次数；u为参数曲线的变量，k为中间变量；根据式(8)解出的控制顶点配合节点矢量得到第i条水线的三次B样条表达式，记为：其中，得到第i条水线的三次B样条表达式，是定义在非均匀节点矢量上的三次B样条基函数。 4.如权利要求1所述的方法，其特征是，基于水线的三次B样条表达式，计算船体外形的广义截面曲线；具体步骤包括：将已经获得的各条水线按等参数分割；假设在船长方向采用M个网格，将参数区间[0,1]进行M等分，得到参数vJ＝J/M(λ＝0,1…,M)；将vλ带入水线的三次B样条表达式，得到水线上按参数均匀分布的离散点，记为其中，i表示离散点的垂向索引，以船舶基线上的点为0，沿Z轴正向递增； J表示离散点水平方向索引以船尾部的第一个点为0，沿X轴正向递增，U为水线的条数；获得后，将下标J相同的点的点沿垂向再次进行三次B样条反算，将得到的曲线命名为广义截面曲线。 5.如权利要求1所述的方法，其特征是，由于船体的型值表上0水线按基线给出，而基线并非船体的边界，因此在反算各截面曲线时，除首尾轮廓线外，还要给其它的各截面曲线人为增加一个零点；给其它的各截面曲线人为增加一个零点，采用如下标记方法，对船舶首尾轮廓线上的点：其中表示由水线直接获得的、用来反算船舶首尾轮廓线的离散点列；表示修正后的，用来反算船舶首尾轮廓线的离散点列；对其他截面曲线上的点：其中表示增加人为零点后的，用来反算第J条截面曲线的离散点列；表示由水线获得的初始点列；x0,J,x1,J,x2,J分别为点的x坐标，y1,J,y2,J分别为点的y坐标。 6.如权利要求5所述的方法，其特征是，获得后，将参数对应相等的点沿垂向再次进行三次B样条反算，将得到的曲线命名为广义截面曲线；使用无因次的累计弦长参数化方法，而后使用不指定两端导矢的B样条反算计算广义截面曲线，包括以下步骤： (1)的参数化；选择下标J相同的一组点，记其坐标为(xi,j,yi,j,zi,j),i的取值范围为i＝0,1,…,S；J的取值范围为J＝0,1,…,M；其中， U为水线的条数，M为船长方向的网格数将下标J相同的一组点进行参数化；令其中d′J是无量纲化后的截面弦长，L为船长，B为船宽，T为吃水深度；第J条广义截面曲线上的第i个点对应的参数值表示为相应地，构造节点矢量 u′0,J＝…＝u′3,J＝0，u′S+1,J＝…＝u′S+4,J＝1，其中，u′0,j,u′1,j,…,u′S+4,j表示第J条截面曲线三次B样条表达式所需的节点矢量的各个元素，表示第J条截面曲线上第i个数据点对应的参数值，按(13)式确定； (2)按不指定导矢的反算方法，求解方程组(15)获得待求的第J条截面曲线的控制顶点其中，I＝0,1,…,S；是定义在非均匀节点矢量上的三次B样条基函数；表示待求截面曲线上第i个数据点对应的参数值；得到的控制顶点配合节点矢量便可得到第J条广义截面曲线的三次B样条表达式，记为：其中，为第J条截面曲线的控制顶点，是定义在非均匀节点矢量上的三次B样条基函数。 7.如权利要求1所述的方法，其特征是，首先寻找广义截面曲线与瞬时波面交点在截面曲线上所对应的参数u的值；采用二分法，通过不断将参数区间一分为二，获得区间的两个端点的z坐标，两个端点的z坐标之差小于设定阈值时，将参数区间上下界限取平均，平均后所得到的结果即为广义截面曲线与静水面的交点所对应的参数值；在此基础上，根据给定的波浪的类型及波面的表达式，进一步寻找截面曲线与波面的交点在截面曲线上对应的参数，记为uend；具体步骤为：记第J条广义截面曲线与静水面交点的x坐标为xJ，利用波面方程，得到该截面曲线在与波面交点的纵向坐标ηJ；再次使用二分法，获得该截面曲线纵坐标等于ηJ的点所对应的参数，即为所求的uend；将参数域曲线从0到uend进行N等分，并将得到的参数代入截面曲线，得到所需的瞬时表面下截面曲线的N个网格点。 8.基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测系统，其特征是，包括：型值点读取模块，其被配置为：读取船舶的型值点；反算模块，其被配置为：根据各水线上的型值点，反算水线的三次B样条表达式；广义截面曲线计算模块，其被配置为：基于水线的三次B样条表达式，计算船体外形的广义截面曲线；波浪中船体湿表面网格获取模块，其被配置为：确定波浪的类型及波面的表达式，根据波浪的类型及波面的表达式，寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点，进而获得波浪中船体湿表面网格；水动力预测模块，其被配置为：基于波浪中船体湿表面网格，预测波浪中船舶所受到的水动力。 9.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项方法所述的步骤。 10.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项方法所述的步骤。
所属类别：	发明专利