计算机辅助40英尺双体帆船流程化设计研究

摘要

游艇作为一种高级水上娱乐用消费品，近几年来越来越受到人们的重视。中国的游艇产业尚处在起步阶段，缺乏完备的设计理论，因此对游艇设计理论进行研究具有重要的学术意义和实际应用价值，对我国游艇产业的发展具有积极的推动作用。
　　本文系统的归纳了游艇设计的基本流程，详细阐述了游艇设计中各个基本环节的主要内容;针对我国游艇设计体系不健全，核心设计受制于国外的现状，提出了一种帆船游艇设计流程化的理论，并通过设计一款40英尺双体帆船来对帆船游艇设计中的游艇造型及空间布置、船体总体性能计算、整船结构设计、推进力与航速计算四大模块进行设计与计算，这四大模块将作为本文对帆船游艇流程化设计的基本步骤。
　　本文针对游艇游艇造型及空间布置模块提出了游艇造型风格数据库概念，通过游艇样本选取、造型特征要素提取研究、空间布置与功能认证三个层面对40英尺双体帆船造型及空间布置进行设计。同时运用Rhinos软件建立三维曲面模型，运用Keyshot软件进行材质及背景渲染，运用虚拟技术展示实物效果。
　　本文针对船体总体性能优化模块，运用计算机辅助船舶设计和建造软件MAXSURF软件对双体帆船船体进行设计，并对其浮性、稳性、耐波性进行计算并优化;同时利用MAXSURF软件中的HULLSPEED模块对船体进行阻力模拟，并利用游艇动力试验专用微型循环水池进行船模试验，将试验结果和模拟结果进行对比，利用回归分析对试验数据进行了修正，用来预报实船阻力。
　　考虑到帆船主要由风力推进这一特殊情况，本文在风帆的空气动力计算模型和船体的水动力计算模型的基础之上，通过求解风帆空气动力与船体水动力的力和力矩的平衡方程来对帆船的航速进行预测，以满足帆船风帆设计的基本需要。
　　针对整船结构设计模块，本文创新性地将中国船级社出版的《游艇建造规范2008》纤维增强塑料艇部分的相关规定编制成游艇结构设计流程软件，便于中小型游艇企业使用;同时运用ANSYS软件进行船体结构有限元计算，将两种结果进行对比，用以提高计算的准确性。
　　研究表明，计算机辅助游艇流程化设计充分发挥了计算机辅助设计、计算软件的优势，使得游艇设计不再局限于拥有大量试验设备的专门研究机构，能够增强我国中小企业的自主品牌的开发能力。计算结果表明，理论计算数据与同一类型的实船数据吻合程度较高，可以为帆船游艇的设计与制造提供理论方法和依据。中国的游艇产业尚处在起步阶段，缺乏完备的设计理论，因此对游艇设计理论进行研究具有重要的学术意义和实际应用价值，对我国游艇产业的发展具有积极的推动作用。

目录

摘要

符号说明

1 绪论

1．1 游艇设计概述

1．1．1 游艇设计基本流程

1．1．2 流程化在游艇设计中的重要性

1．2 计算机辅助游艇设计软件介绍

1．3 课题研究背景、主要内容及目标

1．3．1 课题研究背景

1．3．2 课题研究内容及目标

1．4 课题研究技术方案

1．5 课题创新点

2 造型及空间布置

2．1 游艇造型设计简介

2．2 游艇整体造型初步分析

2．2．1 游艇主尺度的尺寸

2．2．2 游艇船壳、船室比例分析

2．3 游艇产品分析

2．3．1 游艇著名品牌归纳

2．3．2 市场同类产品造型分析

2．3．3 40英尺双体帆船的设计特点

2．4 造型设计步骤及整体表现

2．4．1 主尺度及船体模型

2．4．2 空间布置和配置清单

2．4．3 手绘草图及二维效果图

2．4．4 Rhino三维模型的构建

2．4．5 40英尺双体帆船产品效果图

2．5 本章小结

3 40英尺双体帆船总体性能计算

3．1 40英尺游艇母船型简介

3．2 40英尺双体帆船模型建立

3．2．1 基本模型的建立

3．2．2 船型优化

3．2．3 建立型线图

3．3 浮性及稳性计算

3．4 耐波性分析

3．4．1 耐波性及SEAKEEPER模块简介

3．4．2 横摇分析

3．4．3 纵摇和垂荡分析

3．4．4 不规则波中的纵摇

3．5 本章小结

4 40英尺双体帆船船模阻力试验

4．1 试验目的

4．2 试验原理

4．2．1 相似条件

4．2．2 阻力换算

4．3 试验设备

4．4 试验方法

4．4．1 试验准备

4．4．2 数据测量

4．5 试验数据整理和分析

4．5．1 绘制船模阻力曲线

4．5．2 阻力换算

4．6 本章小结

5 阻力模拟及数据对比

5．1 hullspeed模块简介

5．2 hullspeed模块阻力计算基本原理

5．2．1 阻力综述

5．2．2 粘性阻力计算

5．2．3 兴波阻力计算

5．3 计算过程及结果

5．3．1 选定计算方法

5．3．2 选定模拟速度范围

5．3．3 网格划分

5．4 计算结果

5．5 与船模试验数据对比

5．6 MAXSURF计算结果与已知资料对比分析

5．7 本章小结

6 风动力计算及风帆设计

6．1 帆翼空气动力特性简介

6．2 帆装的选取

6．2．1 帆面积的确定

6．2．2 帆装形式的确定

6．3 风帆设计及航速预测

6．3．1 帆船性能分析模块

6．3．2 运用SPAN模块进行风帆设计

6．3．3 运用SPAN模块进行航速预测

6．4 本章小结

7 双体帆船结构设计

7．1 概述

7．2 计算依据

7．3 主尺度

7．4 层板的力学性能

7．5 船体结构

7．5．1 结构布置

7．5．2 结构设计载荷

7．6 双体船有限元计算

7．6．1 结构形式及结构有限元模型

7．6．2 计算载荷与计算工况

7．6．3 计算结果分析

7．6．4 应力校核

7．7 结论

8 总结与展望

8．1 全文总结

8．2 有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间取得的科研成果

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