一種船體橫剖面結構的自動生成系統的製作方法

2023-05-05 22:08:51 1

本發明涉及船體結構設計技術領域，具體涉及一種船體橫剖面結構的自動生成系統。

背景技術：

艦船工業是我國重點支持和發展的產業之一，集中體現了我國當前科技和工業發展水平。艦船總體設計是任何一艘艦船研製的基礎和技術依據，是指對艦船及其各構成系統、分系統、功能部件進行優化配置的綜合設計技術，是艦船的綜合集成技術。大型船舶設計涉及多門學科，而各學科之間相互作用、相互影響。在傳統的船舶設計優化中，往往首先進行性能設計優化，然後進行結構、操縱和控制系統設計優化，最後進行工藝裝備設計。這種設計模式實質上是將同時影響艦船性能、結構、控制、製造等因素人為地割裂開來，並沒有充分利用各個子系統之間的相互影響可產生的協同效應，極有可能失去系統的整體最優解。這種設計模式屬於串行設計模式，設計周期必然加長，開發成本必然增加。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提供了一種船體橫剖面結構的自動生成系統，能夠顯著提高了大型船舶橫剖面結構初步方案設計的效率，本發明系統能快速自動生成多個橫剖面結構布置方案，然後對每個布置方案進行優選設計，生成最優的船體典型橫剖面結構方案，並據此估算全船結構重量，將最優的方案反饋給綜合集成設計平臺進行總體方案的綜合優化設計。

一種船體橫剖面結構的自動生成系統，包括：方案自動生成模塊、比較模塊和估算模塊；

方案自動生成模塊用於船體橫剖面結構方案自動生成，遵循大型水面船舶的加工工藝的要求，根據總體方案提供的信息，依據設計經驗參考樣本集設置結構參數完成一組橫剖面結構布置方案自動生成；針對生成的每個布置方案，方案自動生成模塊參考母型船橫剖面結構信息確定布置方案的骨材型號和板列厚度信息，生成一組橫剖面方案並將其發送到比較模塊；

比較模塊完成船體橫剖面結構方案優選，根據輸入的系列橫剖面方案，按照大型艦艇結構設計準則，依據設計經驗參考樣本集，進行結構載荷計算和板格強度、骨材強度、板架強度、縱骨穩定性和橫剖面總縱強度的校核計算；根據預先設置的應力水平控制信息判斷方案是否滿足設計要求，通過調整優化設計變量取值，優選獲得滿足約束條件要求的橫剖面結構設計方案作為優選方案，並從優選方案中篩選出橫剖面所在艙段最輕的方案作為最優方案發送到估算模塊和大型船舶綜合集成設計平臺；

估算模塊根據比較模塊發送來的橫剖面結構方案，採用每米船長重量方式估算設計船的全船鋼料重量，並將結果發送到大型船舶綜合集成設計平臺。

其中，總體方案提供的信息為主尺度、橫剖面外形輪廓和分層分艙信息，所述結構參數為縱向構件和橫向構件的尺寸參數與材料參數。

較佳地，方案自動生成模塊通過構件間距的變化，實現各層甲板、底部和外板上的縱向構件和橫向構件的排列布置，完成一組布置方案的自動生成。

其中，約束條件根據要設計的船舶參數的變化而變化。

其中，應力水平控制信息包括應力衡準值、穩定性衡準值和過載能力係數值。

其中，比較模塊運作流程為：(1)依據設計經驗參考樣本集，選取優化設計變量，並設置取值範圍；(2)根據設置的外載荷和結構強度計算方法及衡準，對設計船橫剖面結構初始方案進行局部強度校核和總縱強度校核；(3)根據預先設置的應力水平控制要求進行設計變量的優選，即在給定的取值範圍內自動調整構件尺寸，使結構方案在滿足強度和穩定性要求的條件下重量最小。

其中，估算模塊對設計船全船鋼料重量的估算方式為：

獲得母型船和設計船單元長度的橫剖面結構重量w'0和w'；將母型船與設計船的單元長度內總重量w'0及w'分別除以各自的單元長度，得到每米長度重量w0和w；按公式(1)估算設計船的船體結構重量wh：

式中：wh——設計船船體結構重量，單位為噸；

wh0——母型船船體結構重量，單位為噸；

w——設計船每米長度結構重量，單位為噸/米；

w0——母型船每米長度結構重量，單位為噸/米；

l——設計船船長，單位為米；

l0——母型船船長，單位為米；

cb——設計船方形係數；

cb0——母型船方形係數。

其中，方案自動生成模塊生成布置方案時，對骨材的布置採用均勻布置。

有益效果：

本發明針對綜合集成設計平臺的總體方案中的橫剖面外形輪廓、分層分艙方案、主尺度信息，通過方案自動生成模塊能快速自動生成多個橫剖面結構布置方案，然後通過比較模塊，對每個布置方案進行優選設計，生成最優的船體典型橫剖面結構方案，並據此估算全船結構重量，將最終結果反饋給大型船舶綜合集成設計平臺，有利於總體方案的綜合優化設計，並且顯著提高了大型船舶橫剖面結構初步方案設計的效率；

本發明的系統針對主控系統提出的總體方案，同時考慮了影響艦船性能、結構、控制、製造的因素，系統的整體最優解得到保證。

附圖說明

圖1為本發明系統與綜合集成設計平臺的輸入輸出關係圖。

具體實施方式

下面結合附圖並舉實施例，對本發明進行詳細描述。

本發明提供了一種船體橫剖面結構的自動生成系統，能夠根據主控系統提供的總體方案中的橫剖面外形輪廓、分層分艙方案、主尺度信息，通過方案自動生成模塊、比較模塊，獲得滿足強度和穩定性要求且重量最輕的船體橫剖面結構信息，並根據獲得的船體橫剖面結構信息，通過估算模塊估算全船結構重量，並將最終獲得滿足強度和穩定性要求且結構重量最輕的設計方案反饋到大型船舶綜合集成設計平臺，實現總體方案的綜合優化設計。

一種船體橫剖面結構的自動生成系統，包括：方案自動生成模塊、比較模塊和估算模塊；

方案自動生成模塊用於船體橫剖面結構方案自動生成，該模塊遵循大型水面船舶加工工藝的要求，根據總體方案提供的信息，依據設計經驗參考樣本集完成一組結構布置方案自動生成，適用於大型船舶橫剖面結構布置和結構尺寸參數初選；

總體方案提供的信息為主尺度、橫剖面外形輪廓和分層分艙信息，方案自動生成模塊依據參考樣本集設置縱向構件和橫向構件布置的尺寸參數和材料參數，在骨材布置時，均勻布置的同時要實現餘量控制；

方案自動生成模塊通過構件間距的變化，實現各層甲板、底部和外板上的縱向構件和橫向構件的排列布置，自動生成多個布置方案，針對生成的每個布置方案，方案自動生成模塊參考母型船橫剖面結構信息確定布置方案的骨材型號和板列厚度信息，生成一組橫剖面方案並將其發送到到比較模塊；

比較模塊完成船體橫剖面結構方案優選，生成最優方案的橫剖面結構圖並發送到大型船舶綜合集成設計平臺；比較模塊是根據輸入的系列橫剖面方案，按照大型艦艇結構設計準則，依據設計經驗參考樣本集，進行結構載荷計算和板格強度、骨材強度、板架強度、縱骨穩定性、橫剖面總縱強度的校核計算；根據預先設置的應力水平控制信息判斷方案是否滿足設計要求，通過調整優化設計變量取值，優選獲得滿足約束條件要求的橫剖面結構設計方案作為優選方案，並從優選方案中篩選出橫剖面所在艙段最輕的方案作為最優方案，在橫剖面結構方案優選過程中，約束條件根據要設計的船舶參數的變化而變化，可以根據設計者需要設置；其中，應力水平控制信息包括應力衡準值、穩定性衡準值、過載能力係數值；

比較模塊運作流程為：(1)依據設計經驗參考樣本集，選取優化設計變量，並設置取值範圍；(2)根據設置的外載荷和結構強度計算方法及衡準，對設計船橫剖面結構初始方案進行局部強度校核和總縱強度校核；(3)根據預先設置的應力水平控制要求進行設計變量的優選，即在給定的取值範圍內自動調整構件尺寸，使結構方案在滿足強度和穩定性要求的條件下重量最小；

估算模塊根據設計船優選結構方案的橫剖面結構圖，採用每米船長重量方式估算設計船的全船鋼料重量；

其中，每米船長重量法是假定全船主船體構件的總重量，正比於船中部每米長度重量w和船長lbp，以考慮船體豐滿度的影響，並以母型船相關參數為參照，估算模塊對設計船全船鋼料重量的估算方式為：

獲得母型船和設計船單元長度的橫剖面結構重量w'0和w'：對橫骨架式船來說，單元長度為一個肋骨間距；對於縱骨架式船，單元長度為相鄰兩個實肋板間的距離；其中單元長度應計入的重量包括：縱向構件——板、縱桁和縱骨；橫向構件——肋骨、甲板橫梁、肋板和肘板；將母型船與設計船的單元長度內總重量w'0及w'分別除以各自的單元長度，得到每米長度重量w0和w；估算設計船的船體結構重量wh，按公式(1)估算：

式中：wh——設計船船體結構重量，單位為噸；

wh0——母型船船體結構重量，單位為噸；

w——設計船每米長度結構重量，單位為噸/米；

w0——母型船每米長度結構重量，單位為噸/米；

l——設計船船長，單位為米；

l0——母型船船長，單位為米；

cb——設計船方形係數；

cb0——母型船方形係數。

估算模塊輸出最優方案的全船結構重量到大型船舶綜合集成設計平臺。

本發明具體實施例為：

(1)船體橫剖面結構初始方案自動生成

方案自動生成模塊讀取總體方案的橫剖面外形輪廓信息和分層分艙信息，設置布置相關參數，自動生成多個船體橫剖面結構布置方案；同時讀入母型船橫剖面結構信息，自動確定每個布置方案構件尺寸的初始板厚和骨材型號。

(2)船體橫剖面結構優化設計

比較模塊選取強力甲板雙層板架以及雙層底的板厚和縱骨型號作為設計變量；設置橫剖面結構強度約束條件；設置橫剖面結構總面積為目標函數，對橫剖面結構進行局部強度、總縱強度的計算校核和構件尺寸優化調整。

(3)船體結構重量估算

估算模塊根據船體橫剖面結構優化設計結果，採用每米船長重量法估算設計船的全船鋼料重量，將最優的方案提交給大型船舶綜合集成設計平臺。

綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。