基于缩减数据的三维船体曲面NURBS表达

发布时间：2017-07-17 23:01

  本文关键词：基于缩减数据的三维船体曲面NURBS表达

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【摘要】：船体曲面对船舶性能有至关重要的作用,是船舶浮态和稳性计算、自由液面修正、分舱、总布置、结构设计以及水动力相关计算的基础。在当今的船体曲面设计领域,NURBS因其能够准确表达船体曲面并且相关匹配技术(如节点的插入与消除、降阶与升阶等)都很成熟而被广泛使用,将NURBS运用到水动力分析、结构分析和制造仿真等方面时具有较好的性能。但是应用NURBS技术去构建船体曲线曲面还有一些问题,比如数据量大导致光顺和修改困难。 针对目前基于NURBS进行船体曲面建模需要大量数据,给设计和修改带来困难,并不利于与水动力性能相结合的问题,研究基于少量数据进行船体曲面三维建模的方法,以加快设计流程、减少设计周期,并为以后在船体曲面设计过程中融入水动力性能奠定基础。 首先,基于船体曲面的已知型值数据,建立了基于缩减控制点的水线逼近模型。为了实现以更少的数据进行船体曲线曲面建模,将水线按照是否有端部圆弧分为两类并分别进行水线分段,对水线的自由曲线段分别构造控制点多边形、确定设计变量和约束条件,通过反复试验,最终发现对于水线的自由曲线段进行五个控制点约束的逼近表达可以达到较好的结果,这五个控制点的中间三个都有非一权值。最终确定的设计变量为控制点的坐标及权因子,约束条件为首尾端点及其切矢,目标函数采用新水线与原水线在各横剖面处的最大相对误差或者误差平方和这两种方法。 其次,编写遗传算法计算程序并进行水线逼近求解。利用遗传算法类库GAlib构建基于二进制编码的基本遗传算法项目,并编写依赖于此项目的ARX项目对设计变量进行求解与输出、对水线进行绘制与显示。约束条件通过构造惩罚函数的方式实现。 最后,对两种目标函数生成的两组水线,分别在AutoCAD中进行放样操作生成放样曲面,并与原船的放样曲面进行对比。可以发现第二种目标函数在水线逼近上效果更好,但在曲面的表达上有不光顺的现象,分析其原因,这种目标函数产生的某些水线分别在不同的站面上产生最大偏离,利用这样的水线生成曲面可能造成这一结果。但第一种目标函数取得了较好的视觉效果。 本文的研究结果证明,对水线的自由曲线段进行五个带权控制点约束的逼近表达进而生成放样曲面可以达到较好的效果,具有一定的工程意义。
【关键词】：船体曲面 NURBS 缩减数据 水线表达
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U662
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 选题的科学依据与研究意义9-10
• 1.1.1 船体曲面表达的意义9
• 1.1.2 缩减数据的意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 论文要解决的问题12
• 1.3.1 水线的建模与表达12
• 1.3.2 船体曲面表达12
• 1.3.3 论文内容安排12
• 1.4 本章小结12-14
• 2 相关知识介绍14-27
• 2.1 NURBS知识介绍14-18
• 2.1.1 NURBS的定义14-15
• 2.1.2 权因子的影响与意义15-17
• 2.1.3 NURBS的优缺点17
• 2.1.4 NURBS的算法17-18
• 2.2 遗传算法与GAlib知识18-26
• 2.2.1 遗传算法18-20
• 2.2.2 GAlib20-26
• 2.3 本章小结26-27
• 3 缩减数据的船体水线和曲面的建模与表达27-51
• 3.1 基于NURBS的水线逼近27-47
• 3.1.1 数学模型27-28
• 3.1.2 尾部有圆弧水线的建模计算28-34
• 3.1.3 尾部无圆弧水线的建模计算34-37
• 3.1.4 程序设计与计算结果37-47
• 3.2 船体曲面表达47-50
• 3.3 本章小结50-51
• 4 水线表达的ARX程序编写51-69
• 4.1 ObjectARX简介51-55
• 4.1.1 ObjectARX类库51-54
• 4.1.2 AutoCAD数据库54-55
• 4.2 水线表达程序编写55-68
• 4.2.1 依赖于GAlib项目的ARX程序的创建与属性设置55-64
• 4.2.2 ARX程序的组织框架64-68
• 4.3 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 陆丛红;林焰;纪卓尚;李光民;;基于NURBS表达的主船体虚拟分舱及舱容计算(英文)[J];船舶力学;2007年03期

2 于雁云;林焰;纪卓尚;陆丛红;;基于参数化表达的船舶结构有限元分析方法[J];船舶力学;2008年01期

3 仵大伟,林焰,纪卓尚;船体曲面的NURBS表达与设计[J];大连理工大学学报;2002年05期

4 陆丛红;林焰;纪卓尚;;基于缩减控制顶点数和自适应遗传算法的船体水线NURBS拟合[J];大连理工大学学报;2007年06期

5 黄金锋;万松林;;基于设计特征的FRIENDSHIP船型参数化方法及实现[J];中国舰船研究;2012年02期

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7 袁野;陈明;;基于纵向函数方法的全参数化船型设计系统的设计与实现[J];船海工程;2013年01期

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张萍;船型参数化设计[D];江南大学;2009年

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本文编号：554985