专利摘要

本公开公开了基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法及系统，读取船舶的型值点；根据各水线上的型值点，反算水线的三次B样条表达式；基于水线的三次B样条表达式，计算船体外形的广义截面曲线；确定波浪的类型及波面的表达式，根据波浪的类型及波面的表达式，寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点，进而获得波浪中船体湿表面网格；基于波浪中船体湿表面网格，预测波浪中船舶所受到的水动力。

权利要求

1.基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法，其特征是，包括：

读取船舶的型值点；

根据各水线上的型值点，反算水线的三次B样条表达式；

基于水线的三次B样条表达式，计算船体外形的广义截面曲线；

确定波浪的类型及波面的表达式，根据波浪的类型及波面的表达式，寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点，进而获得波浪中船体湿表面网格；

基于波浪中船体湿表面网格，预测波浪中船舶所受到的水动力；

由于船体的型值表上0水线按基线给出，而基线并非船体的边界，因此在反算各截面曲线时，除首尾轮廓线外，还要给其它的各截面曲线人为增加一个零点；

给其它的各截面曲线人为增加一个零点，采用如下标记方法，对船舶首尾轮廓线上的点：

i＝0,1,…,U-1；J＝0,M

其中表示由水线直接获得的、用来反算船舶首尾轮廓线的离散点列；表示修正后的，用来反算船舶首尾轮廓线的离散点列；U为水线的条数，M为船长方向的网格数；

对其他截面曲线上的点：

i＝1,2,…U；J＝1,2,…,M-1

其中表示增加人为零点后的，用来反算第J条截面曲线的离散点列；表示由水线获得的初始点列；x0,J,x1,J,x2,J分别为点的x坐标，y1,J,y2,J分别为点的y坐标；

获得后，将参数对应相等的点沿垂向再次进行三次B样条反算，将得到的曲线命名为广义截面曲线；

使用无因次的累计弦长参数化方法，而后使用不指定两端导矢的B样条反算计算广义截面曲线，包括以下步骤：

(1)的参数化；选择下标J相同的一组点，记其坐标为(xi,j,yi,j,zi,j),i的取值范围为i＝0,1,…,S；J的取值范围为J＝0,1,…,M；其中，

将下标J相同的一组点进行参数化；令

其中d′J是无量纲化后的截面弦长，L为船长，B为船宽，T为吃水深度；

第J条广义截面曲线上的第i个点对应的参数值表示为

相应地，构造节点矢量

u′0,J＝…＝u′3,J＝0，u′S+1,J＝…＝u′S+4,J＝1，

其中，u′0,j,u′1,j,…,u′S+4,j表示第J条截面曲线三次B样条表达式所需的节点矢量的各个元素，表示第J条截面曲线上第i个数据点对应的参数值，按(3)式确定；

(2)按不指定导矢的反算方法，求解方程组(5)获得待求的第J条截面曲线的控制顶点其中，I＝0,1,…,S；

是定义在非均匀节点矢量上的三次B样条基函数；表示待求截面曲线上第i个数据点对应的参数值；

得到的控制顶点配合节点矢量便可得到第J条广义截面曲线的三次B样条表达式，记为：

其中，为第J条截面曲线的控制顶点，是定义在非均匀节点矢量上的三次B样条基函数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，读取船舶的型值点，首先接收输入的已知型值点，记为其中，i表示型值点处于的水线标号，以船舶基线为0，沿Z轴正向递增，Z轴正向竖直向上；j表示型值点在水线上的位置，以船尾部的第一个点为0，沿X轴正向递增，X轴正向指向船首。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是，根据各水线上的型值点，反算水线的B样条表达式；

第i条水线的三次B样条表达式的获取方式，包括以下步骤：

S21，型值点的参数化：假设第i条水线上共包含n+1个型值点，则该条水线上的型值点中j的取值范围为0,1,…,n；将n+1个型值点按累积弦长方法进行参数化；令di为第i条水线的总弦长，则

其中，表示第i条水线上第j个型值点，表示第i条水线上第j-1个型值点；

第i条水线上第j个型值点对应的参数值表示为：

其中，表示第i条水线上第j-1个型值点对应的参数值；

构造节点矢量其中，

ui,0＝…＝ui,3＝0，(9-1)

ui,n+3＝…＝ui,n+6＝1， (9-2)

其中，ui,0,ui,1,ui,2,…,ui,n+6表示定义第i条水线三次B样条表达式所需节点矢量的各个元素；

S22，导矢的确定：记第i条水线首导矢为尾导矢为为计算和记第i条水线上距船尾最近的两个型值点的坐标为

其中，表示第i条水线上距船尾最近的型值点坐标；表示第i条水线上距船尾第二近的型值点坐标；

类似地，记第i条水线上距船首最近的两个型值点的坐标为：

其中，表示第i条水线上距船首最近的型值点坐标；表示距船首第二近的型值点坐标；

计算和

S23，采用三次B样条，按给定两端导矢的反算算法，求解方程组(14)获得待求的第i条水线控制顶点j＝0,1,…,n+2；

其中，表示第i条水线的三次B样条表达式的第1个控制点坐标，表示第i条水线的三次B样条表达式的第2个控制点坐标，以此类推，为第i条水线的三次B样条表达式的第n+3个控制点坐标；表示第i条水线上第1个型值点坐标，表示第i条水线上第2个型值点坐标，以此类推，为第i条水线第n+1个型值点坐标；是定义在非均匀节点矢量上的三次B样条基函数,其定义为：

其中，ui,k表示中的第k个元素，ui,k+1表示中的第k+1个元素，p表示B样条基函数的次数；u为参数曲线的变量，k为中间变量；

根据式(14)解出的控制顶点配合节点矢量得到第i条水线的三次B样条表达式，记为：

其中，得到第i条水线的三次B样条表达式，是定义在非均匀节点矢量上的三次B样条基函数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是，基于水线的三次B样条表达式，计算船体外形的广义截面曲线；具体步骤包括：

将已经获得的各条水线按等参数分割；

假设在船长方向采用M个网格，将参数区间[0,1]进行M等分，得到参数vJ＝J/M，J＝0,1…,M；将vJ带入水线的三次B样条表达式，得到水线上按参数均匀分布的离散点，记为i＝0,1,…,U-1；J＝0,1…,M；

其中，i表示离散点的垂向索引，以船舶基线上的点为0，沿Z轴正向递增；J表示离散点水平方向索引以船尾部的第一个点为0，沿X轴正向递增。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是，首先寻找广义截面曲线与瞬时波面交点在截面曲线上所对应的参数u的值；采用二分法，通过不断将参数区间一分为二，获得区间的两个端点的z坐标，两个端点的z坐标之差小于设定阈值时，将参数区间上下界限取平均，平均后所得到的结果即为广义截面曲线与静水面的交点所对应的参数值；

在此基础上，根据给定的波浪的类型及波面的表达式，进一步寻找截面曲线与波面的交点在截面曲线上对应的参数，记为uend；具体步骤为：记第J条广义截面曲线与静水面交点的x坐标为xJ，利用波面方程，得到该截面曲线在与波面交点的纵向坐标ηJ；再次使用二分法，获得该截面曲线纵坐标等于ηJ的点所对应的参数，即为所求的uend；

将参数域曲线从0到uend进行N等分，并将得到的参数代入截面曲线，得到所需的瞬时表面下截面曲线的N个网格点。

6.基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测系统，其特征是，包括：

型值点读取模块，其被配置为：读取船舶的型值点；

反算模块，其被配置为：根据各水线上的型值点，反算水线的三次B样条表达式；

广义截面曲线计算模块，其被配置为：基于水线的三次B样条表达式，计算船体外形的广义截面曲线；

波浪中船体湿表面网格获取模块，其被配置为：确定波浪的类型及波面的表达式，根据波浪的类型及波面的表达式，寻找广义截面曲线与瞬时波面的交点，进而获得波浪中船体湿表面网格；

水动力预测模块，其被配置为：基于波浪中船体湿表面网格，预测波浪中船舶所受到的水动力；

由于船体的型值表上0水线按基线给出，而基线并非船体的边界，因此在反算各截面曲线时，除首尾轮廓线外，还要给其它的各截面曲线人为增加一个零点；

给其它的各截面曲线人为增加一个零点，采用如下标记方法，对船舶首尾轮廓线上的点：

i＝0,1,…,U-1；J＝0,M

其中表示由水线直接获得的、用来反算船舶首尾轮廓线的离散点列；表示修正后的，用来反算船舶首尾轮廓线的离散点列；U为水线的条数，M为船长方向的网格数；

对其他截面曲线上的点：

i＝1,2,…U；J＝1,2,…,M-1

其中表示增加人为零点后的，用来反算第J条截面曲线的离散点列；表示由水线获得的初始点列；x0,J,x1,J,x2,J分别为点的x坐标，y1,J,y2,J分别为点的y坐标；

获得后，将参数对应相等的点沿垂向再次进行三次B样条反算，将得到的曲线命名为广义截面曲线；

使用无因次的累计弦长参数化方法，而后使用不指定两端导矢的B样条反算计算广义截面曲线，包括以下步骤：

(1)的参数化；选择下标J相同的一组点，记其坐标为(xi,j,yi,j,zi,j),i的取值范围为i＝0,1,…,S；J的取值范围为J＝0,1,…,M；其中，

将下标J相同的一组点进行参数化；令

其中d′J是无量纲化后的截面弦长，L为船长，B为船宽，T为吃水深度；

第J条广义截面曲线上的第i个点对应的参数值表示为

相应地，构造节点矢量

u′0,J＝…＝u′3,J＝0，u′S+1,J＝…＝u′S+4,J＝1，

其中，u′0,j,u′1,j,…,u′S+4,j表示第J条截面曲线三次B样条表达式所需的节点矢量的各个元素，表示第J条截面曲线上第i个数据点对应的参数值，按(3)式确定；

(2)按不指定导矢的反算方法，求解方程组(5)获得待求的第J条截面曲线的控制顶点其中，I＝0,1,…,S；

是定义在非均匀节点矢量上的三次B样条基函数；表示待求截面曲线上第i个数据点对应的参数值；

得到的控制顶点配合节点矢量便可得到第J条广义截面曲线的三次B样条表达式，记为：

其中，为第J条截面曲线的控制顶点，是定义在非均匀节点矢量上的三次B样条基函数。

7.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-5任一项方法所述的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-5任一项方法所述的步骤。

说明书

技术领域

本公开涉及船舶工程及海洋工程技术领域，特别是涉及基于波浪中船体湿表面网格的划分及船舶水动力的预测。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

船舶设计过程中常采用面元法预测船舶的水动力学性能。船体湿表面网格的划分是面元法计算的第一步。一套划分合理的网格不仅影响到计算结果的精度，有时甚至直接关系到计算的成败。目前，船体湿表面面元划分的方法主要有两类。第一类方法是采用现有的计算机辅助设计软件预先建立船体表面的几何模型，而后通过对该模型进行离散获得船体表面网格。这一类方法优点在于能够比较直观得获得网格在船体表面的分布情况，但缺点是建立船体表面几何模型的工作往往费时费力，而且获得的网格数据仅能通过有限的几种数据格式输出，在应用时会有较大的局限性。

第二类方法采用样条函数(通常是B样条或非均匀有理B样条)拟合船体的表面。这类方法能够比较灵活地建立船体表面的数学模型，便于输出船体网格数据以供后续的计算程序使用。但目前相关研究中存在两个普遍的问题，第一是采用样条函数拟合船体表面之前需要对船体的型值点进行预处理(例如船体表面曲面片的划分、型值点的加密等)，这一过程往往是繁琐的；另一个问题目前报道的方法往往只针对静水条件，即船舶的湿表面积是恒定的。对于波浪中瞬时变化的船舶湿表面，应用现有的方法往往难以给出理想的网格划分情况。

现有技术需要解决的技术问题是，如何对船体湿表面网格进行划分，进而实现船舶水动力学性能预测。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法及系统。该方法基于样条函数实现，能够根据已知的船舶型值点对波浪中瞬时变化的船舶湿表面直接进行网格划分，不需要对船体的型值点进行预处理。利用生成的湿表面网格，可以进行

基于波浪中船体湿表面网格的船舶水动力预测方法及系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。