船体线型最优化设计方法

螺旋桨课程设计

螺旋桨图谱课程设计天津大学仁爱学院 姓名：陈旭东 学号：6010207038 专业：船舶与海洋工程 班级：2班 日期：2013.6.30

螺旋桨图谱课程设计 一．已知船体的主要参数 船 型：双机双桨多用途船 总 长: L=150.00m 设计水线长: WL L =144.00m 垂线 间长: PP L =141.00m 型 深: H=11.00m 设计 吃水: T=5.50m 型 宽: B=22.00m 方形 系数: B C =0.84 菱形 系数: P C =0.849 横剖面系数: M C =0.69 排水 量: ?=14000.00t 尾轴距基线距离: P Z =2.00m 二．主机参数 额定功率: MCR=1714h 额定转速: n=775r/min 齿轮箱减速比: i=5 旋向: 右旋 齿轮箱效率: G η=0.97 三．推进因子的确定 伴流分数 ω=0.248 ;推力减额分数 ; t=0.196 相对旋转效率 R η=1.00 ;船身效率 ;H η=11t ω --=1.0691 四．可以达到最大航速的计算 采用MAU 四叶桨图谱进行计算。 取功率储备为10% ，轴系效率S η=0.97 ，螺旋桨转速N=n/i=155r/min 螺旋桨敞水收到马力：D P = 1714 * 0.9 * S η*R η*G η =1714 * 0.9 * 0.97*1.00*0.97 =1451.43 (hp) 根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的P B δ-图谱列表计算如下：

项目 单位 数值 假定航速V kn 11 12 13 A V =(1-ω)V kn 8.27 9.02 9.78 0.5 2.5/P D A B NP V = 30.024 24.166 19.742 P B 5.479 4.916 4.443 MAU4-40 δ 65.4 59.732 54.377 P/D 0.692 0.728 0.764 0η 0.613 0.632 0.66 TE P =2D P ×H η×0η hp 1902.4 1961.38 2048.28 MAU4-55 δ 64 58.2 53.535 P/D 0.738 0.778 0.80 0η 0.588 0.614 0.642 TE P =2D P ×H η×0η hp 1824.83 1905.61 1992.41 MAU4-70 δ 63.3 57.4 52.8 P/D 0.751 0.796 0.842 0η 0.565 0.582 0.607 TE P =2D P ×H η×0η hp 1753.45 1806.21 1883.79 根据上表中的计算结果可以绘制TE P 、δ、P/D 及0η对V 的曲线，如图1所示。

船舶螺旋桨螺距及拱度的优化设计研究

船舶螺旋桨螺距及拱度的优化设计研究 2010年6月11日 摘要 基于螺旋桨水动力性能的升力面理论预报程序，利用iSIGHT软件进行指定负荷分布形式下桨叶螺距及拱度的优化设计研究，并对设计结果进行粘流CFD计算验证。以某集装箱船螺旋桨为母型桨，保持其原有的径向负荷分布形式，指定不同的弦向负荷分布形式，采用上述方法进行螺距及拱度的优化设计（桨叶其它参数与母型桨相同）。CFD计算表明，通过指定适当的负荷弦向分布，可以在保证效率的同时使桨叶表面压力分布更加均匀，从而推迟桨叶空化。 关键词：船舶、舰船工程；螺旋桨；优化；设计；升力面理论；CFD 0引言 随着船舶向大型化、高速化发展，对螺旋桨的综合性能要求日益提高。现代船舶螺旋桨设计在追求高推进效率的同时，还必须在复杂的船尾流场中尽量推迟乃至避免空化的发生，从而降低螺旋桨诱发的船体振动及噪声。为了满足这些相互制约的要求，螺旋桨优化设计方法的研究日益受到船舶工程界的重视。 传统的螺旋桨设计方法分为图谱设计和理论设计两大类，前者无法直接用于适伴流及大侧斜桨的设计，后者可分为升力线、升力面及面元方法等，能够处理伴流及侧斜问题，但对负荷面分布形式的处理比较单一，应用也不够广泛。近年来，优化方法在螺旋桨设计中的应用研究开始出现，性能计算采用系列桨性能试验回归公式或升力面、CFD等数值方法，优化采用遗传算法、序列二次规划法、DOE方法等，优化目标包括推力、效率、激振力或其组合，但尚未形成比较成熟的体系，与工程应用的要求也有较大距离。 Benini开发了基于遗传算法的系列螺旋桨多目标优化方法，采用试验数据的回归公式计算敞水性能。以敞水效率和推力最大化为目标、Keller空泡限界公式为限制条件，对B

优化设计方法的发展与应用情况

优化设计方法的发展与应用情况 贾瑞芬张翔 （福建农林大学　机电工程学院， 福建　福州 ３５０００２） 摘 要：本文概要地介绍了优化设计方法在国内近年的应用和发展情况，包括传统优化方法、现代优化方法，以及优化软件的应用和发展情况。　 关键词：优化 遗传算法 神经网络 ＭＡＴＬＡＢ 优化方法是２０世纪６０年代随着计算机的应用而迅速发展起来的，较早应用于机械工程等领域的设计。８０年代以来，随着国内有关介绍优化设计方法的专著（如《机械优化设计》［１］）的出版和计算机应用的普及，优化设计方法在国内的工程界得到了迅速的推广。本文按传统优化方法、现代优化方法、优化软件应用等三个方面，概要地介绍优化设计方法近年来在国内工程界的应用和发展情况。 １． 传统优化方法的应用与改进情况　 １．１传统优化方法的应用　 从近10年发表的工程优化设计的论文可以看出，罚函数法、复合形法、约束变尺度法、随机方向法、简约梯度法、可行方向法等，都有较为广泛的应用。对重庆维普信息数据库中的工程技术类刊物做检索，1993年至2003年，这6种约束优化方法应用的文献检出率的比例，依次约为12：10：3：1.5：1.5。 以机械设计为例，传统优化方法主要应用于机构和机械零部件的优化设计，主要对零件或机构的性能、形状和结构进行优化。在结构方面，如对升降天线杆的结构优化设计[2]，采用内点罚函数法优化，在保证天线杆具有足够的刚度和压弯组合强度的前提下所设计出的结构尺寸比按一般的常规设计方法所计算的尺寸要小，自重更轻。在形状方面，赵新海等［３］对一典型的轴对称Ｈ型锻件的毛坯形状进行了优化设计，取得了明显的效果。在性能方面，《凸轮一连杆组合机构的优化设计》［４］一文以最大压力角为最小做为优化目标、并采用坐标轮换法和黄金分割法等优化方法对书本打包机中的推书机构（凸纶—连杆组合机构）进行优化设计，从而使得机构确保运动的平衡性的前提下具有良好的传力性能，使设计结果更加合理。《弹性连杆机构结构和噪声控制一体化设计》［３７］一文，利用改进的约束变尺度法，求解基于噪声控制的弹性连杆机构结构控制同步优化问题，同步优化后机构的声辐射性能指标具有明显改善。由以上的例子可以看出，因此，传统优化方法仍然具有不可忽视的作用。　 将优化技术与可靠性理论相结合，形成了可靠性优化设计法。按照可靠性优化设计法设计的产品，既能定量地回答产品在运行中的可靠性，又能使产品的功能参数获得优化解，两种方法相辅相成，是一种非常具有工程实用价值的设计方法。如采用惩罚函数内点法求解齿轮传动的可靠性优化设计的数学模型[5]，以及运用二阶矩法和约束随机方向法对钢板弹簧进行可靠性优化设计[6]。 １．２传统优化方法的一些改进　 目前，随着工程问题的日益扩大，优化要面对的问题的规模和复杂程度在逐渐增大，传统的优化方法解决这些问题时，就显露出了其局限性与缺陷。于是就出现了在分析现有算法的基础上，针对方法的不足或应用问题而作出的改进。　 1．2．1对传统优化方法应用于离散变量优化的改进 工程设计问题中，经常遇到设计变量必须符合本行业的设计规范和标谁，只能取为限定的离散值或整数值的情况。若应用连续变量优化方法．得到最优解后再作简单的圆整处理，可能造成设计上的不可行解，或得到一个非最优解。为此适用于变量取离散值的优化方法发展起来。朱浩鹏等[7]提出了改进的动态圆整法、拉格朗日松弛法。 惩罚函数优化方法是一种常用的求解约束非线性问题的方法，但它仅限于求解连续变量的优化问题。

船用螺旋桨的设计关键分析

船用螺旋桨的设计关键分析 船、机、桨系统中，船体是能量的需求者，主机是能量的发生器，螺旋桨是能量转换装置，三者之间是相互紧密联系的，但同时又要遵从各自的变化特性。 1.螺旋桨 民用船使用的图谱桨，一般以荷兰的B型桨和日本的AU桨为主。AU桨为等螺距桨、叶切面为机翼型；B型桨根部叶切面为机翼型、梢部为弓形，除四叶桨0.6R至叶根处为线性变螺距外，其余均为等螺距，桨叶有15°的后倾。为便于设计方便，由．KT、KQ——J敞水性征曲线图转换为BP一δ图谱。 桨与船体各自在水中运动时，都会形成一个水流场。水流场与桨的敞水工作性能和船的阻力性能密切相关。当桨在船后运动时，2个原本独立的水流场必然会相互作用、相互影响。船体对螺旋桨的影响体现在2个方面：（1）伴流。由于船尾部螺旋桨桨盘处因水的粘性等因素作用，形成一股向前方向的伴流，使得螺旋桨的进速小于船速。（2）伴流的不均匀性。船后桨在整个桨盘面上的进速不等(在实用上可取相对旋转效率为1)。 2.螺旋桨对船体的影响 由于螺旋桨对水流的抽吸作用，造成桨盘处的水流加速，由伯努利定律可知，同一根流线上，水质点速度加快，必然会导致压力下降，从而造成船的粘压阻力增加。也就是桨产生的推一部分用于克服船体产生的附加阻力。 如果用伴流分数ω表征伴流与船速的比值，用推力减额t表征船体附加阻力与船体自身阻力的比值。那么，敞水桨与船后桨的差别就在于一个船身效率(1一t)／(1一ω)从中可以看出，伴流分数ω越大、推力减额t越小，则船身效率越高。 从螺旋桨图谱可以看出，横坐标的参数为√BP或BP。BP称为收到功率系数(或称为载荷系数)，其值为：BP=NPD0.5 /VA2.5式中：N为螺旋桨转速；PD为螺旋桨敞水收到功率；VA为螺旋桨进速。 BP值越小，对应的螺旋桨敞水效率越高；反之，则螺旋桨效率越低。从个体因素来讲，N值和PD0.5 /VA2.5值越小，BP 值就越小。PD和VA参数有联动关系，在相对低速的范围内，PD值变大、BP值变小；在相对高速的范围内，PD值变大、BP值也变大。这取决于船的阻力特性。 实际船螺旋桨设计时，还要考虑以下的先决条件：螺旋桨直径有无限制、船舶航速的具体要求。 一般情况下，螺旋桨设计工况都对应船舶满载航行的状态，在该航行状态下，主机发出预定功率、螺旋桨效率达到最佳，船、机、桨匹配理想。但如果设计参数选择不当，就会造成螺旋桨产生“轻载”或“重载”的现象，“轻载”是指螺旋桨达到设计转速后，不能充分吸收主机的转矩，主机发不出预定功率；“重载”是指螺旋桨还未达到设计转速时，主机转矩已达到最大值，主机同样发不出预定功率。 螺旋桨设计产生“轻载”还是“重载”现象，主要取决于2个方面：(1)伴流分数ω、推力减额t取值是否正确。(2)船舶阻力计算的误差。 如选取的伴流分数ω大于船后实际值，则螺旋桨不能吸收预定的功率和发出要求的推力，从而无法达到预定的航速，螺旋桨处于“轻载”状态；反之螺旋桨处于“重载”状态。

可调螺距螺旋桨的优化设计及制造【开题报告】

开题报告 船舶与海洋工程 可调螺距螺旋桨的优化设计及制造 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 螺旋桨在很早之前就已经被人们当做一种船用推进器，经过多年的开发研究，现在的螺旋桨被开发了很多个系列。按螺旋桨安装位置的不同可以分为首推.尾推.侧推。按照螺旋桨的螺距调节性可以分为可调螺距螺旋桨和固定螺旋桨。 可调螺距螺旋桨作为一种新兴的推进器，以其自身的优点已经慢慢变成了一种主流的推进器。可调桨技术来源于国外，世界知名的推进器制造商有：瑞典的卡梅瓦(KAMEWA)、芬兰的瓦锡兰（WASILTA）、德国的肖特尔（SCHOTTEL）、挪威的博格（BERE）。卡梅瓦的调距桨技术全世界首屈一指，“Aquamaster”是其旗下世界知名的全回转舵桨品牌，现在卡梅瓦被英国罗尔斯-罗伊斯（Rolls-Royce）兼并，但是人们一直对“卡梅瓦”津津乐道，当初卡梅瓦是世界上生产调距桨最大的公司，根据生产卡普兰水轮机的经验，该公司从1937年即生产出第一台船用调距桨，全球多家公司均引进卡梅瓦专利进行生产，如日本三菱公司、美国伯德.约翰逊公司等。肖特尔的产品有可调桨、侧向推进器、舵桨、喷水推进器等，其SRP舵桨是世界第一品牌。瓦锡兰不但生产推进器，还是世界上最著名的柴油机制造商，兼并了荷兰的列泼斯（LIPS）推进器，列泼斯是专门生产推进器的厂商，创立于1928年，是世界上从事调距桨生产较早的公司之一，在日本、法国、美国、意大利、西班牙、加拿大等地均有该公司子公司或制造商，其产品涵盖侧推、调距桨、定距桨、舵桨、喷水推进器等，并入瓦锡兰后其推进器品牌仍为LIPS。 在国内，可调螺距螺旋桨的发展与研究也已经越来越受人们的重视，其中主要的设计制造单位有前进马森船舶传动有限公司，镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司，南京高精传动设备制造集团有限公司等 鉴于国内可调螺距螺旋桨的蓬勃发展，国内对可调螺旋桨的研究迫在眉睫，各大螺旋桨生产商不是自行花大力研究，就是向国外购买一些比较成熟的技术，真的可以说是无所不用其极，努力发展可调螺旋桨的技术，即便如此，国内可调螺旋桨的技术还

优化设计技术

机械优化设计 摘要 机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用,其基本思想是根据机械设计的理论,方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型,然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。作为一门新兴学科，它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案，使期望的经济指标达到最优，它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。本文论述了优化设计方法的发展背景、流程，并对无约束优化及约束优化不同优化设计方法的发展情况、原理、具体方法、特点及应用范围进行了叙述。另外，选择合适的优化设计方法是解决某个具体优化设计问题的前提，而对优化设计方法进行分析、比较和评判是其关键，本文分析了优化方法的选取原则。之后对并对近年来出现的随机方向法、遗传算法、蚁群算法和模拟退火算法等新兴优化方法分别进行了介绍。本文以交通领域中建立最优交通网路为例说明了优化设计方法的应用特点。 关键词：机械优化设计；约束；特点；选取原则

目录 第一章引言 (1) 1.1优化设计的背景 (1) 1.2机械优化设计的特点 (2) 1.3优化设计的模型 (3) 1.4优化设计的流程 (4) 第二章优化设计方法的分类 (6) 2.1无约束优化设计方法 (7) 2.1.1梯度法 (7) 2.1.2牛顿型方法 (7) 2.1.3共轭梯度法 (8) 2.1.4变尺度法 (8) 2.2约束优化设计方法 (9) 2.2.1直接解法 (9) 2.2.2间接解法 (11) 2.3多目标优化方法 (13) 2.3.1主要目标法 (14) 2.3.2加权和法 (14) 第三章各类优化设计方法的特点 (15) 3.1无约束优化设计方法 (15) 3.2约束优化设计方法 (16) 3.3基因遗传算法（Genetic Algorithem,简称GA） (16) 3.4模糊优化设计方案 (17) 第四章优化方法的选择 (18) 4.1优化设计方法的评判指标 (18) 4.2优化方法的选取原则 (19) 第五章机械优化设计发展趋势 (21) 第六章 UG/PRO-E建模 (23) 参考文献 (27)

基于ANSYS的船用螺旋桨模态分析与优化设计

基于ANSYS的船用螺旋桨模态分析与优化设计 利用UG软件对船用螺旋桨模型进行处理，并用ANSYS有限元仿真软件分析其模态振型，首先分析无支撑情况下螺旋桨单叶片的模态振型，提取振幅最大模态。设计支撑方案，确定支撑位置并进行约束模态分析，结果显示螺旋桨单叶片频率有所提高，增加了加工刚度，最后确定优化的支撑方案，显著提高了螺旋桨的刚度，减小各阶模态的振动位移，对实际加工具有重要意义。 标签：ANSYS有限元分析；螺旋桨模态分析；优化设计 Abstract：The model of marine propeller is processed by UG software，and its modal mode is analyzed by ANSYS finite element simulation software. Firstly，the modal mode of single blade of propeller without support is analyzed，and the maximum amplitude mode is extracted. The results show that the frequency of single blade of propeller is increased and the machining stiffness is increased. Finally，the optimized bracing scheme is determined，and the stiffness of propeller is improved significantly. It is of great significance to reduce the vibration displacement of each mode for machining. Keywords：ANSYS finite element analysis；propeller modal analysis；optimal design 螺旋槳是舰船的主动力装置，其设计与制造精度直接决定舰船运行性能。目前，螺旋桨的设计技术我国已达到领先水平，但是加工制造技术还存在较大差距。我国对于船用螺旋桨现阶段的加工一直采用手工打磨的方式，其工作环境差，对工人的身体有很大损伤，并且效率低下，精度也难以控制。为了解决这一问题，我国一些学者正在研究利用机器人进行螺旋桨铣削加工的工艺系统，其具有较多的优势。研究发现，铣削加工中的振动一直是影响加工质量的主要因素，所以，针对螺旋桨的振动模态分析是研究的重点内容。本文主要利用有限元分析软件ANSYS对一种型号的船用螺旋桨进行模态振型分析，通过施加约束条件分析使用支撑时的模态变化，寻找优化的支撑方法。 1 模型处理 利用三维建模软件UG对现有的螺旋桨设计模型进行简单处理，避免在后续有限元分析时遇到的一些问题。如图1所示为螺旋桨的设计模型，直径3300mm，在叶梢位置由于建模方法的原因，存留有没有闭合的曲线，对后续有限元的网格划分会带来影响，所以，利用一直径为3290mm的同心圆柱面截取设计模型，截去叶梢的尖角部分，对模型整体模态的影响可以忽略不计，处理如图2所示。另外，根据螺旋桨的结构特点，靠近桨毂部分结构较复杂，靠近叶梢部分结构简单，所以为了在后续的单元划分时保证较高精度的同时又花费较少时间，在模型处理时将螺旋桨分割为两部分实体，一部分是包含桨毂，另一部分包含叶片。最后将处理完成的模型导出x_t格式文件，以便ANSYS软件导入。

先进船型与船体结构设计技术综述

先进船型与船体结构设计技术 1 概述 1.1船型与船体结构设计技术的概念与内涵 船型，通常指船舶的类型，按不同的分类标准可以划分为许多种不同的船型。例如按载货方式可分为散货船、油船、集装箱船，其中散货船又有灵便型、巴拿马型、超巴拿马型、好望角型等系列；按航行姿态可分为排水量船、滑行艇、水翼船、气垫船、地效翼船等；按推进器型式可分为螺旋桨推进船、喷水推进船、明轮船等；按动力装置种类可分为柴油机推进船、电力推进船、燃气动力装置船、核动力装置船等。 船体结构设计是在满足船舶总体设计的要求下，解决船体结构的形式、构件的尺度与连接等设计问题，保证船体具有恰当的强度和良好的技术经济性能。船体结构设计应考虑以下几方面：1）安全性，结构设计应保证船舶在各种外力作用下，具有一定的强度和防振性能。2）适用性，结构的布置与构件尺度的选用应符合营运的要求。3）整体性，结构设计必须与船舶性能、轮机、没备、电气及通风等设计密切配合，确保船舶在各个方面都具有良好的工作性能。4）工艺性，结构形式与连接形式的选择应便于施工，选用结构材料应适当减少规格，根据船厂的设备情况和生产组织管理等特点，采用先进、高效、经济的工艺措施。5）经济性，考虑上述方面条件下，力求减少结构的重量，材料选用恰当，使船舶具有更好的经济性能。 1.2 重要性 在国防工业领域，采用新的结构形式、新材料、新型推进方式等新技术开发先进船型，是改善海军舰船总体性能、提高作战效率的重要手段。近十几年来，随着科技的进步，海军对舰船的航行性能、隐身性能、负载能力等要求不断提高；在对近海作战能力的不断重视下，舰船在浅水海域作战需要小吃水，为安装模块化装备需要宽大甲板面积，快速航渡需要高航速。常规单体船型虽然推进效率较高、超载能力强、船体结构简单、维修方便、造价低，但已较

基于MATLAB的断开式转向梯形的优化设计

华北水利水电大学 《汽车设计》课程设计任务书 设计题目：乘用车整车设计 转向系统——转型梯形的优化设计 专业：机械设计制造及其自动化 班级学号：201108207 姓名：刘鹏飞 指导教师：郭朋彦 设计期限：2014年12 月29日开始 2015年1 月9日结束 机械学院 2014年12月26日

一．设计的目的和意义 课程设计题目——乘用车整车设计是针对2011级汽车方向《汽车设计》课程设计而设置的。设置本选题具有以下的目的和意义： 1.通过对轻型乘用车的设计，可以使我们的理论知识更扎实，加深我们对于《汽车构造》、《汽车理论》、《汽车设计》等专业知识的理解，同时使我们学到的理论知识得以应用。 2.在设计的过程中，需要对参考车型的零部件进行了解、分析、设计、建模与装配、验证等这个过程，可以使我们了解产品的研发过程，位我们步入工作岗位，快速适应工作打下良好的基础。 3.本次设计运用三维设计软件CATIA、UG、Pro-E、Solidworks、Solidedge进行建模和仿真，使我们有机会学习和应用目前三维软件领域最为领先的软件的具体操作，了解行业最前沿，同时使用三维软件进行设计可以缩短产品开发周期，提高设计质量。 二、设计参数 1. 加速时间(0—100 km/h)：11.8s； 2. 最小转弯半径：5.3m； 3. 整备质量：1457kg； 4. 满载质量：1940kg； 5. 最高车速：190km/h； 6.外形尺寸（长X宽X高）：4850mmX 1795mmX 1475mm； 7 轴距：2775mm； 8．前轮距：1560mm； 9．后轮距：1560mm； 10. 最小离地间隙：135mm； 11. 行李箱容积：506L； 12. 燃油箱容积：70L； 13．驱动方式：前置前驱，发动机横置； 14：供油方式：多点电喷； 15．发动机排量、燃油、气缸排列型式、进气型式：2000mL、汽油93号(北京92号)、L型、自然吸气式；

船舶结构设计基础作业1

1波浪包括哪些要素？并叙述在实际计算时各个波浪要素的选取方法。 答：波浪要素包括波形、波长与波高。 在实际计算时，波形为坦谷波, 取计算波长等于船长，波高随船长变化，并且规定按波峰在船舯和波谷在船舯两种典型状态进行计算。 2试简述浮力曲线的绘制方法 答：浮力曲线是指船舶在某一装载状态下(一般为正常排水量状态)，浮力沿船长分布状况的曲线。浮力曲线的纵坐标表示作用在船体梁上单位长度的浮力值，其与纵向坐标轴所围的面积等于作用在船体上的浮力，该面积的形心纵向坐标即为浮心的纵向位置。通常根据邦戎曲线求得浮力曲线。下图为邦戎曲线及获得的浮力曲线. 船舶在波浪中有可能发生倾斜，若浮心与重心的纵向坐标之差不超过船长的0.05％～0.1％，则可认为船舶已处于平衡状态，否则须进行纵倾调整。 浮态第一次近似计算 根据静水力曲线去确定相应与给定排水量时的平均吃水dm、浮心纵向坐标xb、水线面漂心坐标xf 以及纵稳心半径R。 由于实船的R远大于KC，所以 确定了首尾吃水之后，利用邦戎曲线求出对应于该吃水线时的浮力分布，同时计算出总浮力及浮心纵向坐标。如果求得的这两个数值不满足精度要求，则应作第2次近似计算。 浮态第二次近似计算 A-水线面面积 若浮心与重心的纵向坐标之差不超过船长L的0.1%，排水量与给定的船舶重量之差不超过排水量 ，应根据最后一次确定的首尾吃水求出浮的0.5%，则认为调整好了,由此产生的误差不超过5%M max 力分布曲线。 3若被换算构件的剖面积为ai，其应力为σi，弹性模量为Ei；与其等效的基本材料的应力为σ，弹性模量为E，根据变形相等且承受同样的力P，则与其等效的基本材料的剖面积为a为多少？

转向梯形优化设计matlab程序

优化计算MATLAB程序 首先，将目标函数写成M文件，其程序语句如下； function f = fun (x) global K L thetamax alpha for i=1:61 f = 0 betae = atan(tan(alpha(i)/(1-(K/L)*tan(alpha(i)))); A(i)=2*x(1).^2*sin(x(2)+alpha(i)); B(i)=2*K*x(1)-2*x(1).^2*cos(x(2)+alpha(i)); C(i)=2*x(1).^2-4*x(1).^2*(cos(x(2)).^2+4*K*x(1)*cos(x(2))-2*K*x(1)* cos(x(2)+alpha(i)); theta3(i)= 2*acot((A(i)+sqrt(A(i).^2+B(i).^2-C(i).^2))/(B(i)+C(i))); beta(i)=x(2)+theta3(i)-pi; if alpha(i)<=pi/18 f(i)=1.5*abs(beta(i)-betae3(i)); elseif alpha>=pi/18,alpha(i)<=pi/9;f(i)=abs(betaa(i)-betae3(i)); elsef(i)=0.5*abs(beta(i)-betae3(i)); global K L thetamax alpha K=input L=input thetamax=input x0(1)=input

x0(2)=input thetamax = thetamax*pi/180; x0(2)=x0(2)*pi/180;lb(1)=0.17K; lb(2)=0.17*K; ub(1)=acot(K/(1.2*L））ub(2)=pi/2; alpha=linspace (0, theamax ,61); lb=[lb(1),lb(2)]; ub=[ub(1),ub(2)];x(0)=[x0(1),x0(2)]; options = optimset ( ‘TolFun’,‘le-10’,‘TolCon’,‘le-6’) [x,resnorm] = lsqnonlin(‘fun’,x0,lb,ub,options) g lobal K L thetamax alpha K = input L= input thetamax= input x ( 1) = input x ( 2) = input thetamax = thetamax * pi/ 180; x ( 2) = x ( 2) * pi/ 180; alpha= linspace( 0, thetamax , 61) ; fo r i= 1∶61 betae= atan( tan( alpha( i) ) / (( 1- K/ L) * tan( alpha( i) ) ) ) ; A ( i) = 2* ( x ( 1) ) .∧2* sin ( x ( 2) + alpha( i) ) ; B( i) = 2* K* x( 1) - 2* ( x ( 1) ) . ∧2* cos( x( 2) + alpha( i) ) ) ;

机械结构优化设计

机械结构优化设计 ——周江琛2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立

目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算

船舶快速性螺旋桨设计

课程设计成果说明书 题目：散货船螺旋桨设计 学生姓名：杨再晖 学号：101306119 学院：东海科学技术学院 班级：C10船舶1班 指导教师：应业炬 浙江海洋学院教务处 2013年 6月 21日

浙江海洋学院课程设计成绩评定表 2012 —2013 学年第 2 学期 学院东海科学技术学院班级 C10船舶1班专业船舶与海洋工程

摘要 螺旋桨是船舶的重要组成部分之一，没有它，船舶就无法快速的前行，是造船行业必备的推进部位。螺旋桨设计是船舶设计过程中有关船舶快速性性能设计的重要组成部分，它的设计精度将直接影响船的推进效率。 在船舶线型初步设计完成后，通过有效马力的估算或船模阻力试验，得出该船的有效马力曲线。在此基础上，设计一个效率最佳的螺旋桨，既能达到预定的航速，又要使消耗的主机功率小；或者当主机已选定，设计一个在给定主机条件下使船舶能达到最高航速的螺旋桨，本次课程设计属于第二种。 影响螺旋桨性能的因素有很多，主要有螺旋桨的直径，螺距比，盘面比，桨叶轮廓形状等因素。本次课程设计是用船体的主要参数、主机与螺旋桨螺旋桨参数、设计工况算出以上数据，设计一个螺旋桨，并用CAD软件画出螺旋桨的外形。 关键词：螺旋桨设计；图谱；AUTOCAD

目录 1、已知船体的主要参数 (1) 2、主机与螺旋桨参数 (1) 3、设计工况 (1) 4、按船型及经验公式确定推进因子 (2) 5、可以达到最大航速的计算 (2) 6、桨叶空泡校核，确定螺旋桨主要参数 (4) 7、桨叶强度校核 (6) 8、螺距修正 (8) 9、重量及惯性矩计算 (8) 10、绘制螺旋桨水动力性能曲线 (9) 11、系柱特性与航行特性计算并绘制航行特性曲线图 (10) 12、航行特性计算时取3挡转速按下表进行： (11) 13、螺旋桨计算总结 (13) 14、感想 (14) 15、参考资料 (14)

船后伴流场预报及考虑空泡性能的螺旋桨优化设计研究

船后伴流场预报及考虑空泡性能的螺旋桨优化设计研究 随着造船、航运业的发展,船舶的安全、节能、环保等性能越来越受到重视。作为目前最常用的推进装置,螺旋桨对船舶性能的影响很重要。 由于伴流场的非均匀性,螺旋桨旋转一周过程中其桨叶会以不同的攻角与来流相遇,容易使桨叶上产生空泡。螺旋桨空泡不仅会对桨叶产生剥蚀作用,还会产生噪声及引起尾部振动。 近年来,一方面船舶不断向大型化发展,而船舶吃水受港口、航道水深的限制,螺旋桨直径不能过分增大,于是导致螺旋桨负荷加重;另一方面,肥大型船得到广泛应用,其伴流场均匀性变差,螺旋桨的工作环境恶化。这两方面的原因使出现空泡、振动现象的可能性大为增加。 因而在现代船舶的螺旋桨设计过程中兼顾效率和空泡、振动等性能非常必要。本文针对螺旋桨水动力性能和空泡性能预报及其优化设计问题,开展了以下三方面的研究工作:一、基于CFD方法的船尾伴流场数值预报。 由于船尾伴流场对螺旋桨性能有重要影响,有必要对伴流场的影响因素进行研究。本文以某集装箱船为研究对象,采用前处理软件GMS进行线型建模,并在NAPA软件中进行线型参数化变换,然后采用CFD软件PARNASSOS求解船舶尾部伴流场,并与船模试验结果相比较以验证计算的准确性。 通过对不同方形系数、船体长宽比和尾部UV度等参数的尾部伴流场的研究,探明这些参数变化对伴流场的影响趋势。二、基于支持向量机和遗传算法的螺旋桨敞水性能优化。 由于图谱法设计螺旋桨简便实用,而且可为理论设计方法提供参考,本文首 先建立基于图谱的螺旋桨敞水性能优化设计方法。以敞水效率为优化目标,空泡

限界线为约束条件,进速系数、螺距比和盘面比为优化变量建立均匀流场中螺旋桨性能优化模型;采用支持向量机预报螺旋桨水动力性能,采用遗传算法求解优化模型。 通过将优化结果与商业软件CSPDP以及文献中的计算结果相比较,验证了本文方法的有效性,为非均匀流场中螺旋桨性能优化打下了基础。三、基于升力面法的非均匀流场中螺旋桨性能优化。 非均匀流场中螺旋桨性能预报的方法有升力线法、升力面法、面元法和计算流体动力学(CFD)方法。虽然CFD方法通常比其他方法的精度要高,但是对计算机硬件的要求也较高,计算效率相对较低,不适用于大量算例的计算。 为了兼顾计算效率和预报精度,本文采用升力面程序ANPRO预报螺旋桨的水动力性能和空泡性能。预报结果与试验观测结果的比较表明升力面法可以预报空泡范围变化的趋势。 在此基础上,分别以螺旋桨效率和空泡范围为优化目标,以不同半径处的螺距和拱度为优化变量,建立了优化模型并采用遗传算法进行求解。优化前后的性能对比表明,本文提出的方法可以在一定的螺旋桨效率下优化空泡性能或者在一定的空泡性能下优化螺旋桨效率。

船体结构设计任务书答案

船体结构设计任务书 1．根据“中国船级社”颁布的《钢质海船入级规范（2006）》设计下述船舶的船中剖面结构。 船型：甲板驳 主尺度： 船长L＝110.0 m 船宽B＝21.0 m 型深D＝5.8 m 排水量?＝7400吨 方型系数0.84 C B 2．设计相关条件 本甲板驳横剖面草图见下图，本船采用单层底，左右距中5200mm各设有一道纵舱壁，甲板、舷侧、纵舱壁和船底采用纵骨架式，肋距550mm，每三档设一道横框架（Web Frame）。

3．提交作业 （1）船体结构规范设计计算书； 对设计船舶特征做简要概述（包括船型、主尺度和结构基本特征等），设计所根据的规范版本等。按照船底、舷侧、甲板、舱壁的次序，分别写出确定每一构件尺寸的具体计算过程，并明确标出所选用的尺寸。计算书应简明、清晰，便于检查。 （2）绘制设计典型横剖面结构图，包括强框架剖面和非强框架剖面。 结构图应符合船舶制图规定，图上所标构件尺寸应与计算书中所选用构件尺寸 一致。

1.概述 本船为航行于长江A级航区驳船，船舶采用单底、单舷、单甲板纵骨架式结构。结构计算依据CCS颁布的《钢质海船入级规范（2006）》相关规定。 1.1 主要尺度 船型：甲板驳（无自动力）总长Loa ：110.0 m 设计水线长Lw ：105.0 m 型宽B ：21.0 m 型深D ： 5.8 m 设计吃水d ： 4.2 m (A 级) 结构吃水： 4.3 m (结构计算) 肋距S ：0.55 m 排水量? ：7400 t 方型系数CB：0.84 1.2尺度比 1.2.1 尺度比(按CCS—3.1.1) 本船本船采用单层底，左右距中5200mm各设有一道纵舱壁，甲板、舷侧、纵舱壁和船底采用纵骨架式，肋距550mm，每三档设一道横框架（Web Frame）。

汽车转向梯形的优化设计

齿轮齿条式转向梯形的优化设计 学院：车辆与能源学院 专业：2012级车辆工程 学号：S12085234009 姓名：刘建霞 日期：2014年4月15日

齿轮齿条式转向器（如图1）具有结构简单紧凑，制造工艺简便等优点，不仅适用于整体式前轴也适用于前轮采用独立悬架的断开式前轴，目前被广泛地用于轿车、轻型客货车、微型汽车等车辆上。与该转向器相匹配的转向梯形机构与传统的整体式转向梯形机构相比有其特殊之处，下面举一实例加以说明。 图1 齿轮齿条式转向梯形机构运动实体模型 题目：已知某微型汽车（如图2所示）各参数如下：1274.24K mm =， 0()=2.5β主销后倾角，L(轴距)=2340mm ，=mm r （车轮滚动半径）266， =oy B y 梯形臂球头销中心的（）42坐标.12mm ，由最小转弯半径得最大外轮转角为 28o ，许用齿条行程[]62.3S mm =,选用参数624M mm =，试设计转向传动机构。 要求： （1）用优化方法设计此转向梯形传动机构。 （2）优化后校验，压力角40o α≤。 （3）计算出l 1长度，齿条左右移动最大距离。

图2 齿轮齿条转向梯形机构 一 建模 由转向基本要求可知，在不计轮胎侧偏时，实现转向轮纯滚动、无侧滑转向的条件是内、外轮转角符合Arckerman 理想转角关系：cot cot /O i k L θθ-=，如图3所示。 图3 理想的内外轮转角关系 （1）设计变量： 选取变量 1(,,) X l h γ=

图4 外轮一侧杆系运动情况 由图4内外轮转角的关系得： 221o 21o l cos(r )l [sin()h]2 K M S l r θθ-=-+-+- S M K h 22arctan +-=? (2) 2 212 2 2221)2 (2)2(arccos h S M K l l h S M K l ++--++-+=γ (3) i r θφγ=-- (4) 联立上式可得o ()i g θθ=的函数关系式。 对于给定的汽车和选定的转向器，转向梯形机构有横拉杆长l 1和梯形臂长m 两个设计变量。在计算过程中，以梯形底角r 代替横拉杆长l 1作为设计变量，再代入式(1)得到l 1。底角r 可按经验公式先选一个初始值 43r arctan()67.88L K ==，进行优化搜索。 12

某沿海单桨散货船螺旋桨设计计算说明书

某沿海单桨散货船螺旋桨 设计计算说明书 刘磊磊 2008101320 2011年7月

某沿海单桨散货船螺旋桨设计计算说明书 1.已知船体的主要参数 船长 L = 118.00 米 型宽 B = 9.70 米 设计吃水 T = 7.20 米 排水量 △ = 5558.2 吨 方型系数 C B = 0.658 桨轴中心距基线高度 Zp = 3.00 米 由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下： 航速V （kn ） 13 14 15 16 有效马力PE （hp ） 2160 2420 3005 4045 2.主机参数 型号 6ESDZ58/100 柴油机 额定功率 Ps = 5400 hp 额定转速 N = 165 rpm 转向 右旋 传递效率 ηs=0.98 3.相关推进因子 伴流分数 w = 0.279 推力减额分数 t = 0.223 相对旋转效率 ηR = 1.0 船身效率 0777.111=--= w t H η 4.可以达到最大航速的计算 采用MAU 四叶桨图谱进行计算。 取功率储备10%，轴系效率ηs = 0.98 螺旋桨敞水收到马力： P D = 4762.8 hp

根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的Bp --δ图谱列表计算： 项 目 单位 数 值 假定航速V kn 13 14 15 16 V A =(1-w)V kn Bp=NP D 0.5/V A 2.5 Bp MAU 4-40 δ P/D ηO P TE =P D ·ηH ·ηO hp MAU 4-55 δ P/D ηO P TE =P D ·ηH ·ηO hp MAU 4-70 δ P/D ηO P TE =P D ·ηH ·ηO hp 据上表的计算结果可绘制PT E 、δ、P/D 及ηO 对V 的曲线，如下图所示。

流线型风格

一、前言 在设计的历史中，流线型风格作为一种源于科学研究而非艺术运动的设计风格产生了广泛而持久的影响。 流线型作为一种风格是独特的，它主要源于科学研究和工业生产的条件而不是美学理论。新时代需要新形式、新的象征，与现代主义刻板的几何形式语言相比，流线型的有机形态毕竟易于理解和接受，这也是它得以广为流行的重要原因之一。 二、风格起源 流线型是物体的一种外部形状，通常表现为平滑 而规则的表面，没有大的起伏和尖锐的棱角。流体 在流线型物体表面主要表现为层流，有或很多有湍 流，这保证了物体受到较小的阻力。流线型物体通 常较为美观，经常出现在产品的外观设计中，在轮 船方面有很大的速度提升。 流线型在自然界中也普遍存在，如鱼的形态，就是 为了尽量减少水的阻力，船底的形状大体上也是采取的 流线型形态。流线型本来是个流体力学的问题，为了减少空气的摩擦，提高行驶和飞行的速度，基于这一性能要求，才被引用到工业设计领域中。 但在工业设计中，它却成了一种象征速度和时代精神的造型语言而广为流传，不但发展成了一种时尚的汽车美学，而且还渗入到家用产品的领域中，影响了从电熨斗、烤面包机到电冰箱等的外观设计，并形成为20世纪30—40年代最流行的产品风格。 20世纪30年代，“速度”之类的概念在美国成了象征现代生活和对于未来的乐观精神的主题，为当时大萧条时代的人们提供了一种类似于好莱坞影片的逃避现实的手段，于是“流 线型”一类体现“运动”特点的外形设 计应运而生，成了一种广为流行的一种 工业设计风格。 如果说设计曾经创造过时尚神话的 话，大约非流线型运动莫属，从那时起，设计开始与时尚结缘。 三、风格发展 流线型运动最初发轫于汽车设计，然后蔓延到其他设计领域，到30、40年代流线型被广泛应用于产品、家具等设计中，流线型的冰箱、流线型的打火机、流线型的订书机……接踵登场，流线型成为一种时尚，它的造型代表了流行风格和时代感。 任何有关流行风格的讨论都不可避免地要涉及产品的商业 化，以及它们和消费者之间在心理学上的联系。流线型在实质上 是一种外在的“样式设计”，它反映了两次世界大战之间美国人对