泽工智享｜基于OpTides的船型参数优化
船舶总体设计
船舶作为水上运输和作业的核心工具，其设计质量直接关系到航行安全、运输效率和经济效益。
因此，船舶总体设计作为一个复杂且系统的工程过程，旨在确保船舶在满足功能需求的同时，具备优异的性能和经济性。
船舶总体设计通常包括以下几个关键步骤：
1. 需求分析与功能确定：首先，需要明确船舶的主要用途，如货运、客运、科研或军事等，确定船舶的尺寸、载重能力、航速和航程等基本参数。
2. 初步设计与方案比较：在确定了基本需求后，设计团队会提出多个设计方案，并通过比较分析，选出最优方案。
3. 详细设计与优化：选定方案后，进入详细设计阶段，包括船体结构、动力设备、电子系统和内饰布局等方面的设计。同时，利用CAD和CFD等工具，对设计进行优化，以提高性能和降低成本。
4. 模型试验与性能验证：在实际建造之前，通常会制作船舶模型进行水池试验或使用数值模拟方法，验证设计的可行性和性能表现。
Wigley船型参数化
在船舶总体设计过程中，船型参数的选择对船舶性能有着至关重要的影响。为了系统地研究和优化这些参数，工程师们常常采用标准化的船型模型，其中Wigley船型就是一个广泛应用的经典模型。
Wigley船型由英国海军工程师Wigley提出，是一种理想化的船体形状模型，具有对称且简洁的几何特征。该模型的关键参数包括：
Ø 船长（L）：与船宽共同影响船舶的阻力特性和操纵性能。
Ø 船宽（B）：与船长共同影响船舶的阻力特性和操纵性能。
Ø 型深（D）：与船舶的载重量和稳定性密切相关。
船舶的型线可以按以下公式确定：
y=2B
通过调整以上参数，设计者可以在不同的使用需求和环境条件下快速优化船舶的造型和性能。
OpTides船型设计优化
OpTides是由太泽自主研发的一款通用流体结构集成设计仿真优化软件，可用于船舶设计和水动力分析，适用于Wigley参数化船型的建模与优化。其主要优势在于：
Ø 精准的几何建模：OpTides能够精确地创建和调整Wigley船型的几何形状，包括船长、船宽和型深等基本参数，确保船体设计符合实际水动力学需求。
Ø 优化设计能力：软件提供了多种优化算法，能够在不同的设计条件下自动调整船型参数，以实现最低的水阻力和最佳的航行性能。这对于提高船舶设计的效率和减少燃料消耗至关重要。
Ø 高度集成的分析功能：OpTides结合了水动力学分析和数值模拟技术，允许设计人员快速评估Wigley船型在不同海况下的表现，包括波浪阻力、稳定性、升力等重要指标。
Ø 用户友好的界面：软件界面简洁直观，即便是船舶设计的新手也能轻松上手，通过可视化界面进行快速建模和调整，极大提升了设计过程的效率。
Ø 仿真与验证：OpTides支持与实验数据的对比，通过对比实验结果，用户可以验证设计的准确性，确保船型在实际应用中的可靠性。
OpTides软件进行船舶优化设计的过程如下图所示：
首先通过Wigley船型参数化进行船体基本几何形状的定义，包括船长、船宽和型深等重要参数。
这些参数化数据被用来生成船体模型放样，即通过特定算法将参数化数据转化为具体的三维船体模型。
接着，在计算目标性能阶段对船体模型进行水动力性能分析，主要评估船舶的速度、阻力等关键指标，这些指标可以根据用户的要求进行设置。之后，进入决策阶段，通过判断船舶是否满足设计要求。如果满足要求，流程将结束，并进入确定设计方案，最终生成最终的设计方案。
如果设计不满足要求，OpTides将执行FFD船体变形，即使用自由形状变形（FFD）技术对船体形状进行调整和优化，再重新进行性能计算，以便更好地满足设计目标。
FFD技术可以对任意几何体进行参数化变形，通过改变晶格点位置，对几何形状进行改变。为了优化网格的生成过程，还可以根据边界变动使用RBF（径向基函数）技术，快速生成体网格。
经过不断的优化调整后，OpTides对船体的外形进行迭代，直到达到设计要求为止。
总的来说，OpTides软件凭借其高效的建模、优化与分析功能，能够显著提高船型参数化设计的精度与效率，帮助设计人员更快地实现高性能船舶的设计目标。
在船舶设计、建造与运营过程中，通过优化设计、先进技术应用及科学管理，提升船舶综合性能，对推动水上运输业发展、保障海事安全具有重要意义。随着科技不断进步，太泽科技将持续助力船舶设计深入研究，为船舶行业发展注入新动力。