基于縮減數(shù)據(jù)的三維船體曲面NURBS表達(dá).pdf

1、船體曲面對(duì)船舶性能有至關(guān)重要的作用，是船舶浮態(tài)和穩(wěn)性計(jì)算、自由液面修正、分艙、總布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及水動(dòng)力相關(guān)計(jì)算的基礎(chǔ)。在當(dāng)今的船體曲面設(shè)計(jì)領(lǐng)域，NURBS因其能夠準(zhǔn)確表達(dá)船體曲面并且相關(guān)匹配技術(shù)（如節(jié)點(diǎn)的插入與消除、降階與升階等）都很成熟而被廣泛使用，將NURBS運(yùn)用到水動(dòng)力分析、結(jié)構(gòu)分析和制造仿真等方面時(shí)具有較好的性能。但是應(yīng)用NURBS技術(shù)去構(gòu)建船體曲線曲面還有一些問(wèn)題，比如數(shù)據(jù)量大導(dǎo)致光順和修改困難。
　　針對(duì)目前基于NU

2、RBS進(jìn)行船體曲面建模需要大量數(shù)據(jù)，給設(shè)計(jì)和修改帶來(lái)困難，并不利于與水動(dòng)力性能相結(jié)合的問(wèn)題，研究基于少量數(shù)據(jù)進(jìn)行船體曲面三維建模的方法，以加快設(shè)計(jì)流程、減少設(shè)計(jì)周期，并為以后在船體曲面設(shè)計(jì)過(guò)程中融入水動(dòng)力性能奠定基礎(chǔ)。
　　首先，基于船體曲面的已知型值數(shù)據(jù)，建立了基于縮減控制點(diǎn)的水線逼近模型。為了實(shí)現(xiàn)以更少的數(shù)據(jù)進(jìn)行船體曲線曲面建模，將水線按照是否有端部圓弧分為兩類(lèi)并分別進(jìn)行水線分段，對(duì)水線的自由曲線段分別構(gòu)造控制點(diǎn)多邊形、確定設(shè)

3、計(jì)變量和約束條件，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)對(duì)于水線的自由曲線段進(jìn)行五個(gè)控制點(diǎn)約束的逼近表達(dá)可以達(dá)到較好的結(jié)果，這五個(gè)控制點(diǎn)的中間三個(gè)都有非一權(quán)值。最終確定的設(shè)計(jì)變量為控制點(diǎn)的坐標(biāo)及權(quán)因子，約束條件為首尾端點(diǎn)及其切矢，目標(biāo)函數(shù)采用新水線與原水線在各橫剖面處的最大相對(duì)誤差或者誤差平方和這兩種方法。
　　其次，編寫(xiě)遺傳算法計(jì)算程序并進(jìn)行水線逼近求解。利用遺傳算法類(lèi)庫(kù)GAlib構(gòu)建基于二進(jìn)制編碼的基本遺傳算法項(xiàng)目，并編寫(xiě)依賴于此項(xiàng)目的ARX

4、項(xiàng)目對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行求解與輸出、對(duì)水線進(jìn)行繪制與顯示。約束條件通過(guò)構(gòu)造懲罰函數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)。
　　最后，對(duì)兩種目標(biāo)函數(shù)生成的兩組水線，分別在AutoCAD中進(jìn)行放樣操作生成放樣曲面，并與原船的放樣曲面進(jìn)行對(duì)比。可以發(fā)現(xiàn)第二種目標(biāo)函數(shù)在水線逼近上效果更好，但在曲面的表達(dá)上有不光順的現(xiàn)象，分析其原因，這種目標(biāo)函數(shù)產(chǎn)生的某些水線分別在不同的站面上產(chǎn)生最大偏離，利用這樣的水線生成曲面可能造成這一結(jié)果。但第一種目標(biāo)函數(shù)取得了較好的視覺(jué)效果。