船舶设计概述

论文摘要：

仅从线型设计、完整稳性计算、破舱稳性计算、和结构有限元分析等几个方面论述传统的设计方法。

线型设计

船体线型设计方法依据船型表达方法的不同可以分为两大类，一是基于二维表达的船体型线设计方法，二是基于船体曲面的三维设计方法。常用的第一类船型设计软件系统有Tribon的Line模块，SmartMarine 3D 的型线设计模块，和国内702所的FASTLINE系统，大连理工大学的AUTOForm系统等；基于三维曲面的船型设计系统如澳大利亚Formation Design Systems公司的Maxsurf系统，芬兰NAPA公司的NAPA系统，以及Proteus Engineering FastShip等。

上述软件的船型设计模块主要完成三方面工作：一是基于母型船改造法的整体变换，几乎所有的船型设计系统都能够完成这项工作；二是新船型船体曲面的开发，即不基于母型船，仅通过给定的设计要求开发新的船型，例如Maxsurf、FastShip等系统具备这种功能。三是船体型线（曲面）的局部交互式修改和三向光顺。基于曲线的系统通过三视图完成型线的修改与光顺。不同软件由于应用范围的不同，侧重点也不尽相同。

当前的船型设计方法中，主要分为两大类，一是直接设计法，二是母型船改造法，其中母型船改造法占主导地位。大体上说，基于母型船改造法的船型设计方法主要有四种：（1）移动横剖面改造法。这类方法首先变化横剖面面积曲线，使得Cp、LCB和平行中体长度等

参数满足设计要求，然后依据设计船的横剖面面积曲线移动母型船的横剖面，得到设计船的型线。（2）修改横剖面法。这类方法在恒定船宽及型深的前提下改变各站型线的形状，从而满足各种设计要求。（3）船型的UV度变换法，如林焰等提出在给定母型船的基础上，通过求解PDE得到船型的UV变换函数，实现船型UV度系列化设计方法。（4）其他的一些特殊的变换方法，如横向函数法等。

在实际设计中，船型的设计与修改不仅仅局限于上述三方面整体变换，常常需要局部改变船型。对于船型的局部修改，除了采用各种CAD软件手动交互修改的方法以外，一些学者为实现型线的局部自动变换，和型线设计的参数驱动等功能，提出一些船型局部变换方法。张萍等提出一种根据特征参数、特征曲线进行船型快速设计的方法，将船舶主尺度、Cp、LCB等作为设计参数，通过参数控制横剖面面积曲线，进而实现船体型线的参数化设计；林焰等提出一种通过B 样条表达船体型线的方法，并在此基础上实现各种类型的型线局部修改。

传统的型线设计方法存在以下不足之处。和首先，各型线设计系统都能够实现船型的总体快速变换，而局部变换的功能较弱，例如局部改变首尾轮廓、改变球首形状或者局部增加排水量等，这些局部型线修改往往需要设计者手工修改，并重新进行曲线\曲面光顺以保证船型光顺性。对船型局部变换的研究，主要还是基于二维型线完成型线局部调整，这些二维的设计方法可以保证被修改的型线的光顺性，但是难以保证型线之间的协调性就是说不能保证船体曲面的光顺性。

此外，现有的各种型线设计方法功能都比较单一，实际船舶设计中，往往需要采用多种设计方法才能完成船型设计工作。