- ISBN：9787030497680
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 开本：B5
- 页数：408
- 出版时间：2022-04-01
- 条形码：9787030497680 ; 978-7-03-049768-0
内容简介
本书主要研究船舶与海洋平台总体设计软件的开发原理、算法与开发技术。全书分为八章。**章为绪论，第二章介绍船体型线设计软件开发技术，包括船体型线插值算法，型线变换，以及船体曲面表达方法等。第三章介绍一种基于三维切片模型的船舶静水力特性计算方法，包括三维切片模型的建立，船舶静水力曲线、邦戎曲线与稳性插值曲线的计算算法等。第四章介绍船舶装载计算软件开发技术，包括装载稳性计算方法，船体梁剪力与弯矩分布曲线准确计算算法，以及总纵强度应力云图显示等。第五章介绍一种船舶与海洋平台专业有限元分析软件开发模式，并以空间杆梁结构为例，阐述该方法的具体应用。第六章介绍船体结构有限元分析软件开发技术，重点阐述船体结构的参数化建模，平板与曲面板的有限元网格划分策略，以及专业后处理软件开发技术等。第七章介绍海洋平台三维参数化设计软件开发技术，包括海洋平台参数化建模，基于三维参数化模型的静水力特性、舱容要素及稳性计算等方法。第八章介绍船舶与海洋平台优化设计方法，包括船体结构尺寸优化，船舶内壳板的形状优化，以及船体结构形状优化三方面内容。
目录
“船舶与海洋结构物先进设计方法”丛书序
前言
第1章绪论1
1.1船舶与海洋平台设计问题概述1
1.1.1设计任务的复杂性1
1.1.2螺旋上升式设计过程2
1.1.3设计任务的高度重复性3
1.2研究专业软件开发的必要性5
1.2.1发展民族工业的需要5
1.2.2弥补商业软件的不足6
1.2.3优化设计的客观要求8
1.3CAD技术在船舶与海洋平台设计中的应用9
1.3.1二维线框模型9
1.3.2三维线框模型10
1.3.3三维表面模型11
1.3.4自由实体造型技术13
1.3.5参数化技术15
1.4广义参数化设计方法概述16
1.4.1程序参数化设计方法16
1.4.2基于构造历史的参数化设计方法17
1.4.3基于几何约束求解的参数化设计方法17
1.5船舶与海洋平台软件开发概述18
1.5.1船舶与海洋平台CAD技术的特点18
1.5.2船舶与海洋平台设计软件开发模式19
1.5.3船舶与海洋平台专业软件开发基本要求23
参考文献24
第2章船舶型线与曲面设计软件开发26
2.1样条曲线理论及其关键算法26
2.1.1样条曲线理论及其在船舶型线设计中的应用27
2.1.2样条曲线求交算法29
2.1.3样条曲线插值算法31
2.1.4样条曲线积分算法32
2.2二维船体型线设计方法34
2.2.1二维型线设计模型34
2.2.2船体曲面与平面交线计算方法35
2.2.3插值计算横剖线、纵剖线与肋骨型线38
2.2.4点的排序算法39
2.2.5型线中折角线的处理40
2.3样条曲线的折线表达方法43
2.3.1曲线转折线的参数等分转化法43
2.3.2曲线转折线的基于曲率转化法43
2.3.3两种转化法效果对比44
2.4三维船体型线设计45
2.4.1船体型线三维设计软件开发概述45
2.4.2空间折线与任意平面交线计算46
2.4.3船体曲面与任意平面交线计算47
2.4.4横剖线、纵剖面与半宽水线插值算法48
2.4.5三维型线模型转换为二维型线图49
2.5母型船改造法船体型线设计50
2.5.11Cp法型线设计方法及关键技术50
2.5.2满足Cp与LCB要求的SAC曲线迭代计算方法51
2.5.3型线变换方法52
2.6船体曲面及其设计方法53
2.6.1船体曲面表达概述53
2.6.2船体曲面整体表达法55
2.7船体型线设计程序设计58
2.7.1型线设计模型58
2.7.2程序的数据结构61
2.7.3主要函数及其功能说明62
2.8小结63
参考文献64
第3章船舶静水力特性计算软件开发65
3.1浮体模型的切片表达65
3.1.1水线面边界平面模型建立方法66
3.1.2横剖面边界平面模型建立方法67
3.2平面闭合连通域属性计算方法69
3.2.1平面闭合连通域属性计算69
3.2.2由折线段构成的闭合连通域属性计算70
3.2.3多连通域与复连通域问题74
3.2.4任意平面曲线构成的连通域属性计算75
3.2.5商业软件中的边界平面76
3.3基于边界平面模型的静水力曲线计算76
3.4基于边界平面模型的邦戎曲线计算78
3.4.1基于二维横剖线计算邦戎曲线78
3.4.2基于横剖面边界平面计算邦戎曲线79
3.5基于边界平面模型的稳性插值曲线计算80
3.5.1船舶正浮稳性插值曲线计算81
3.5.2带有纵倾的稳性插值曲线计算83
3.6特殊船舶的静水力特性计算84
3.7船舶静水力特性计算程序设计87
3.7.1程序的数据结构87
3.7.2主要函数及其功能说明88
3.7.3文件接口89
3.8小结90
参考文献91
第4章船舶装载稳性及总纵弯曲强度校核软件开发92
4.1船舶装载稳性计算92
4.1.1计入纵倾的静稳性曲线计算方法92
4.1.2完整稳性与破舱稳性衡准94
4.2船体梁剪力与弯矩计算94
4.2.1船舶载荷分布曲线计算方法95
4.2.2浮力分布曲线计算方法100
4.2.3剪力弯矩分布曲线计算方法104
4.2.4剪力弯矩分布曲线精确计算公式105
4.3船舶装载计算程序设计106
4.3.1程序的数据结构106
4.3.2船舶装载计算模型定义107
4.3.3主要函数及其功能说明108
4.4船体结构横剖面属性计算109
4.4.1船体结构横剖面属性计算模型109
4.4.2横剖面属性计算原理111
4.4.3横剖面属性计算算法112
4.5船体总纵强度弯曲应力计算及显示113
4.5.1弯曲应力计算与校核113
4.5.2应力云图显示原理114
4.5.3弯曲应力计算与应力云图绘制114
4.6船舶总纵强度计算程序设计117
4.6.1计算模型定义117
4.6.2程序的数据结构117
4.6.3主要函数及其功能说明118
4.7小结118
参考文献119
第5章船舶与海洋平台有限元分析软件开发120
5.1船舶与海洋平台结构有限元分析的特点120
5.2船体结构有限元分析软件开发基本原理122
5.2.1通用有限元软件二次开发的基本模式122
5.2.2宏语言层船舶与海洋平台有限元软件开发基本流程123
5.3空间杆梁结构有限元前处理程序设计125
5.3.1结构的定义及结构建模126
5.3.2有限元软件接口文件126
5.3.3有限元软件的调用127
5.3.4程序应用128
5.3.5有限元模型的三维显示129
5.4空间杆梁结构有限元后处理程序设计130
5.4.1后处理模块的数据结构设计131
5.4.2应力与变形的提取分析131
5.4.3空间杆梁屈曲强度计算136
5.4.4材料利用系数图137
5.5空间杆梁结构有限元分析程序设计138
5.5.1程序的全局变量设置139
5.5.2主要函数及其功能说明139
5.6面向过程与面向对象软件开发模式145
5.7小结145
参考文献146
第6章船体结构参数化有限元软件开发147
6.1船体结构三维有限元软件概述147
6.2船体结构参数化建模149
6.2.1平面加筋板的参数化模型及其驱动机制150
6.2.2参数化加筋板模型的数据结构152
6.2.3板格模型的建立155
6.2.4*小回路搜索算法及其应用155
6.2.5船体曲面建模161
6.2.6建立船体结构有限元模型165
6.3舱室与载况定义166
6.3.1舱室板类与载荷类166
6.3.2舱室类与舱室状态类167
6.3.3载况类168
6.4船体结构有限元前处理模型169
6.5船体结构屈服强度评估170
6.5.1应力提取与存储171
6.5.2单元的分组显示173
6.5.3组合工况及其应用176
6.5.4材料利用系数图176
6.6船体结构屈曲强度评估177
6.6.1板格模型的建立178
6.6.2板格应力的提取179
6.6.3屈曲利用因子图180
6.7船体结构参数化有限元软件的数据结构181
6.8小结181
参考文献182
第7章海洋平台总体设计软件开发183
7.1海洋平台设计中的特殊性183
7.2海洋平台主结构参数化建模185
7.2.1主结构草图185
7.2.2主结构参数化模型194
7.3参数化分舱及舱室数据结构定义196
7.3.1舱室的参数化模型197
7.3.2特殊舱室的定义202
7.3.3舱室模型的数据结构202
7.3.4舱容要素的计算方法203
7.4三维参数化总布置设计204
7.5波浪载荷计算207
7.5.1波浪载荷数据结构207
7.5.2线性波理论208
7.5.3五阶Stokes波理论209
7.5.4基于Morison方程的载荷计算214
7.6基于三维浮体模型的静水力特性计算215
7.6.1静水力曲线计算217
7.6.2稳性插值曲线计算219
7.6.3进水角曲线计算228
7.6.4浮体参数化模型234
7.7海洋平台自由浮态计算方法235
7.7.1目标函数236
7.7.2优化策略237
7.7.3算例分析239
7.8海洋平台完整稳性计算241
7.8.1假定风力矩方向角下静稳性曲线计算241
7.8.2任意风力矩方向角静稳性校核242
7.9海洋平台破舱稳性计算关键问题243
7.10海洋平台的载况与工况245
7.10.1舱室状态与设备状态定义245
7.10.2载况与工况定义246
7.11海洋平台参数化总体设计模型247
7.11.1参数化模型的构成247
7.11.2参数化模型的参数驱动机制248
7.11.3总体设计软件的核心数据结构249
7.12小结250
参考文献251
第8章船舶浮态与船体变形耦合分析及其软件开发252
8.1船体结构变形与浮态精确计算的意义与必要性252
8.2浮态与船体变形耦合迭代求解方法255
8.2.1迭代求解方法基本流程256
8.2.2迭代求解方法数值算例259
8.2.3迭代求解方法的收敛性与效率分析260
8.3浮态与船体变形耦合有限元分析法262
8.3.1计入结构变形的浮态平衡方程及其离散化262
8.3.2计入浮力的单元刚度矩阵263
8.3.3总体刚度矩阵及总体平衡方程269
8.3.4应用及程序设计基本流程270
8.3.5浮力单元的确定及修正算法271
8.3.6应用数值算例273
8.3.7算法的正确性验证275
8.4浮态与船体变形耦合作用对船舶设计的影响281
8.4.115000t下水工作船281
8.4.275000DWT原油船283
8.4.3浮态与船体变形耦合作用对船舶设计的影响分析284
8.5小结285
参考文献285
第9章船舶与海洋平台结构优化设计方法与软件开发288
9.1结构尺寸优化设计方法及程序实现288
9.1.1空间杆梁结构尺寸优化设计基本原理289
9.1.2空间杆梁结构尺寸优化模型289
9.1.3空间杆梁结构尺寸优化模型的求解过程290
9.1.4结构尺寸优化算例分析291
9.2船体结构形状优化设计方法292
9.2.1船体结构形状优化设计方法概述293
9.2.2网格变换的基本原理296
9.2.3网格变换的基本流程302
9.2.4结构应力变化连续性分析304
9.2.5基于网格变换法的结构形状优化设计308
9.2.6基于网格变换法结构形状优化的特点311
9.3船舶内壳板形状优化设计方法311
9.3.1船舶内壳板形状优化的意义312
节选
第1章 绪论 1.1 船舶与海洋平台设计问题概述 1.1.1 设计任务的复杂性 船舶与海洋平台是作业于海上的大型浮式海洋结构物，担负着海洋资源勘探、海上运输、海上施工、海上潜水作业、生活服务、海上抢险救助及海洋调查等重要任务。对于这类海洋结构物，产品的性能取决于设计与建造两个环节，其中设计环节尤为关键。船舶与海洋平台的设计是一项复杂的系统工程，为保证产品的正常营运与作业，设计中需要充分考虑其功能性、安全性、经济性、节能减排、绿色环保、舒适性及人性化等多方面要求。 **，为保证运输、作业等需要，船舶与海洋平台的设计方案必须满足其功能性要求，如船舶要有足够的载重量、航速和续航力，海洋平台要具有足够的可变载荷能力、作业水深、舱容和甲板面积等。功能性要求是设计的出发点，船舶与海洋平台的基本形式与主要尺度均首先要考虑其功能性要求。 第二，船舶与海洋平台的航行与作业环境条件通常非常恶劣。为保证船体、设备及工作人员的生命安全，船舶与海洋平台必须具有足够的安全性，包括结构强度、完整稳性、抗沉性等，同时总体布置应满足防火、消防与逃生等各类要求。各国船级社规范、海事局、国际海事组织(International Maritime Organization．IMO)等制定详细的规范、公约或者规则对各类船舶与海洋平台的安全性提出明确要求，如结构统一规范( Common Structural Rules，CSR) [1，2]、IMO的《国际完整稳性规则》[3]、国际海上人命安全公约(International Convention for Safety of Life AtSea，S()IAS)[4]、我国的《国内航行海船法定检验技术规则》[5]等。船舶与海洋平台的设计方案需要满足上述规范、公约或者规则的相关要求。 第三，作为一类典型的工业产品，船舶与海洋平台应满足经济性要求，设计中应充分论证产品的经济性，使产品达到一定的投资收益率，通常要求在营运后若干年内收回建造成本。对于非营运船舶，如军舰、执法船及科考船等，所创造的经济价值难以衡量，但仍然需要保证投入与产品性能的比值在合理范围内。 第四，随着气候变暖，地球资源逐年耗竭，环境污染等全球性问题的日益严峻，以低能耗、低排放、低污染为基础的低碳经济逐渐成为全球经济发展的主要模式。节能与环保是以后T业产品设计发展的一个主要方向。船舶与海洋平台的建造、营运均需要消耗大量的能源，因此其节能与环保对于低碳经济尤为重要。2011年IMO海上环境保护委员会第62次会议通过了《防止船舶污染国际公约>有关减少温室气体排放的强制措施，将船舶能效规则正式纳入附则VI修正案，使得针对新造船或重大改建船舶的能效设计指数( EEDI)成为强制性要求，并于2013年1月1日正式生效[6]。对于国际航行运输船舶，满足EEDI要求是允许进入国际航线的前提，设计中必须采取有效的手段以降低运输船舶的EEDI指数。 第五，作为海洋环境的重要污染源之一，船舶与海洋平台的设计必须满足保护海洋环境的要求。例如，各类船舶应保证当船舶的舱室破损后，燃油与货物泄露对海洋环境的污染在可控范围内。船舶与海洋平台应设置各类污水、生活垃圾处理系统，避免各类排放污染海洋环境。《国际防止船舶造成污染公约> (InternationalConvention for the Prevention of Pollution From Ships，MARPOL)7在控制船舶与海洋平台对海洋环境的污染方面有明确的规定。此外，船舶的压载水是影响海洋生态环境的重要因素，IMO在2004年通过了《国际船舶压载水和沉积物控制和管理公约》(International Convention for the Control and Management of ShipsBallast Water and Sediments)[8]，旨在通过船舶压载水和沉积物的控制和管理来防止、减少并*终消除有害水生物和病原体的转移对环境、人体健康、财产和资源引起的风险。缔约围船舶设计应满足上述公约中对防止海洋环境污染相关的适用性规定。 第六，由于船舶与海洋平台需要长期独立营运于海上，冈此需要提供必要的生活设施，相关设计应满足舒适性与人性化的要求，满足船员长期生活的需要。对于客运船，通常对舒适性与人性化有更高的要求。 此外，船舶与海洋平台的设计方案应满足船厂的建造条件、停靠码头、通行航道等限制条件，同时需要满足造型美观等主观性要求。 1.1.2螺旋上升式设计过程 船舶与海洋平台设计中的上述各项指标，单独满足一项均不困难，但是各指标中存在大量矛盾，提高一项指标可能造成其他一项或者多项指标的下降，甚至不满足设计基本要求。所以，船舶与海洋平台的设计需要从系统工程角度考虑，权衡设计中的各项矛盾，*终得到满足所有要求的一个满意解。 为平衡船舶与海洋平台设计的各项矛盾，Evans于1959年提出一种称为设计螺旋(design spiral)的设计模式[9]，如图1.1所示。在设计螺旋中，设计过程被看成是一个循环迭代、螺旋式上升的过程，通过逐步近似的方法解决各项设计任务之间的矛盾，设计过程是一个不断地平衡矛盾的过程。整个设计工作经过数轮循环完成，在每一轮循环中校核各项设计任务对应的性能指标是否满足设计要求，如果
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