CN111259489B - 一种基于虚拟仿真平台的船舶货物配载稳性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于虚拟仿真平台的船舶货物配载稳性测试方法，包括：获取船舶的三维仿真模型；建立船舶的三维仿真模型所处的具有边界条件的流场计算域；对具有边界条件的流场计算域进行网格划分处理；基于所述三维船舶仿真模型、网格划分处理后的具有边界条件的流场计算域、预先设定的海洋环境模型、预先设定的海洋环境数据库、多个预先设定的船舶姿态、预先设定的船舶货物装载方案，对所述三维船舶仿真模型进行虚拟航行仿真处理，获取多个三维船舶仿真模型的复原力矩；获取第一预设坐标系下的所述船舶的稳性曲线。

Description

一种基于虚拟仿真平台的船舶货物配载稳性测试方法

技术领域

本发明涉及虚拟仿真测试领域，尤其涉及一种基于虚拟仿真平台的船舶货物配载稳性测试方法。

背景技术

随着科技的发展，货运船在航运市场中不可替代，每年全球大部分的运输都是靠各类船舶来完成，如此蓬勃发展的海上交通事业为船舶海上安全提出了更高要求。不合理的装载方案会对船舶的稳性造成极大的影响，如果船舶操作人员及其他工作人员对船舶稳性变化规律了解不够，则极有可能会发生事故。

目前对船舶稳性的计算采用模型实验直接研究船模在波浪中的稳性，能够客观的反映船舶在波浪中的运动响应，实验不用借助复杂的理论，但对操作者和周围的环境要求高，在拖曳试验中必须保证船舶的运动不受拖曳装置的干扰，此外模型加工的精确程度、波浪、波长等都会对船舶稳性的测试产生影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种基于虚拟仿真平台的船舶货物配载稳性测试方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供一种基于虚拟仿真平台的船舶货物配载稳性测试方法，包括步骤：

A1、基于预先设定的船舶型值数据信息和船舶三维建模软件，获取船舶的三维仿真模型；

所述型值数据信息包括：型值表和二维型线图；所述型值表包括：船舶的空间坐标数据和船舶水线数据；

A2、基于所述型值表和预先设定的边界条件，建立所述船舶的三维仿真模型所处的具有边界条件的流场计算域；

A3、对所述具有边界条件的流场计算域进行网格划分处理，获取网格划分处理后的具有边界条件的流场计算域；

所述网格划分处理后的具有边界的流场计算域具有由背景网格和前景网格嵌套的重叠网格；

所述背景网格为所述具有边界条件的流场计算域中的网格；

所述前景网格为所述具有边界条件的流场计算域中三维船舶仿真模型外围的计算域中的网格；

A4、基于所述三维船舶仿真模型、网格划分处理后的具有边界条件的流场计算域、预先设定的海洋环境模型、预先设定的海洋环境数据库、多个预先设定的船舶姿态、预先设定的船舶货物装载方案，对所述三维船舶仿真模型进行虚拟航行仿真处理，获取在预先设定的船舶货物装载方式的情况下，与所述多个预先设定的船舶姿态分别相应的多个三维船舶仿真模型的复原力矩；

所述海洋环境数据库中包括多个海洋环境风浪流数据；

所述预先设定的海洋环境模型用于根据海洋环境数据库中的海洋环境风浪流数据对海洋环境进行仿真，获取仿真的海洋环境；

A5、基于在预先设定的船舶货物装载方式的情况下，与所述多个预先设定的船舶姿态分别相应的多个三维船舶仿真模型的复原力矩和多个预先设定的船舶姿态，获取第一预设坐标系下的所述船舶的稳性曲线。

优选的，所述方法还包括：

A6、基于所述船舶的稳性曲线和预先设定的第二稳性曲线进行对比，并根据对比结果度所述船舶的货物装载方式进行调整；

所述第二稳性曲线为船舶空载情况下的稳性曲线。

优选的，所述步骤A1具体包括：

基于所述XML标准文件格式的型值表或DXF格式的二维型线图以及预先设定的船舶三维建模软件，获取船舶三维仿真模型；

优选的，所述步骤A2具体包括：

A2-1、基于船舶的型值表，建立所述三维船模所处的流场计算域；

所述流场计算域包括：第一边界面、第二边界面、第三边界面、第四边界面、第五边界面；

所述三维船舶仿真模型所处的流场计算域的第一边界面与所述三维船舶仿真模型的船首距离第一预设距离、第二边界面与所述三维船舶仿真模型的船尾距离第二预设距离、第三边界面与所述三维船舶仿真模型的船边距离第三预设距离、第四边界面与所述三维船舶仿真模型的船底距离第四预设距离、第五边界面与所述三维船舶仿真模型的中心对称面重合；

所述三维船舶仿真模型的中心对称面为使所述三维船舶仿真模型两侧相互对称的平面；

A2-2、基于所述计算域和预先设定的边界条件，获取具有边界条件的流场计算域；

所述具有边界条件的流场计算域中的第一规则点具有预先设定的速度入口边界条件、第二规则点具有预先设定的压力出口边界条件、第三规则点具有预先设定的速度入口边界条件、第四规则点具有预先设定的固定壁面的流场计算域。

优选的，所述步骤A5具体包括：

A5-1、采用预先设定的海洋环境模型对海洋环境进行仿真，获取仿真的海洋环境；

A5-2、基于所述仿真的海洋环境、三维船舶仿真模型、网格划分处理后的具有边界条件的流场计算域，获取船舶航行的虚拟场景；

所述船舶航行的虚拟场景由所述仿真的海洋环境、三维船舶仿真模型、网格划分处理后的具有边界条件的流场计算域合成；

A5-3、基于多个预先设定的船舶姿态、预先设定的船舶货物装载方式和船舶航行的虚拟场景，进行虚拟仿真试验，获取在预先设定的船舶货物装载方式的情况下与所述多个预先设定的船舶姿态分别相应的多个船舶三维仿真模型的复原力矩。

优选的，所述步骤A6中所述第一预设坐标系的横轴为船舶姿态；

所述第一预设坐标系的纵轴为复原力矩；

所述第一预设坐标系下的所述船舶的稳性曲线上的每一点的横坐标为预先设定的船舶姿态，纵坐标为与所述预先设定的船舶姿态相应的复原力矩。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明通过建立船舶航行的虚拟场景，获取不同的船舶货物装载方式、船舶姿态下的船舶稳性，并通过和船舶空载情况下的稳性进行对比，调整船舶货物的装载方式，使船舶的货物装载效率更高。

附图说明

图1为本发明基于虚拟仿真平台的船舶货物配载稳性测试方法流程图；

图2为本发明实施例中的船舶货物配载稳性曲线示意图。

附图标记

A：三维船舶仿真模型以预先设定的装货方式满载装货情况下的稳性曲线；

B：三维船舶仿真模型以空载装货情况下的稳性曲线。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

参见附图1，本实施例中基于虚拟仿真平台侧船舶货物配载稳性测试方法，包括：

A1、基于预先设定的船舶型值数据信息和船舶三维建模软件，获取船舶的三维仿真模型。

所述型值数据信息包括：型值表和二维型线图。

所述型值表包括：船舶的空间坐标数据和船舶水线数据。

优选的，本实施例中所述步骤A1具体包括：

基于所述XML标准文件格式的型值表或DXF格式的二维型线图以及预先设定的船舶三维建模软件，获取船舶三维仿真模型。本实施例中，具体应用为，将XML标准文件格式的型值表或者DXF格式的二维型线图导入预先设定的船舶三维建模软件中，生成后缀为.igs的船舶三维模型。

A2、基于型值表和预先设定的边界条件，建立所述船舶的三维仿真模型所处的具有边界条件的流场计算域。

本实施例中，建立船舶的三维仿真模型所处的具有边界条件的流场计算域，具体包括：

首先，基于船舶的空间坐标数据，建立所述三维船模所处的流场计算域。

所述流场计算域包括：第一边界面、第二边界面、第三边界面、第四边界面、第五边界面。

所述三维船舶仿真模型所处的流场计算域的第一边界面与所述三维船舶仿真模型的船首距离1个船长、第二边界面与所述三维船舶仿真模型的船尾距离4个船长、第三边界面与所述三维船舶仿真模型的船边距离5个半船宽、第四边界面与所述三维船舶仿真模型的船底距离5-7个吃水、第五边界面与所述三维船舶仿真模型的中心对称面重合。

所述三维船舶仿真模型的中心对称面为使所述三维船舶仿真模型两侧相互对称的平面。

本实施例中，建立的流场计算域更为合理。

然后，基于所述计算域和预先设定的边界条件，获取具有边界条件的流场计算域。

本实施例中在流场计算域中的空气域和水域的来流入口设定的速度入口边界条件，在下游出口设定的压力出口边界条件，在上表面设定速度入口边界条件，在计算域的侧面和底面设定固定壁面，并将固定壁面的剪切力设为0。

A3、对所述具有边界条件的流场计算域进行网格划分处理，获取网格划分处理后的具有边界条件的流场计算域。

所述网格划分处理后的具有边界的流场计算域具有由背景网格和前景网格嵌套的重叠网格。

所述背景网格为所述具有边界条件的流场计算域中的网格。

所述前景网格为所述具有边界条件的流场计算域中三维船舶仿真模型外围的计算域中的网格。

在本实施例中，划分背景网格步骤为创建流场计算域的整体三维block，建立曲线与对应block的边的映射关系；根据型值表内的船舶水线数据确定计算域内的自由水面，自由水面是指水与空气接触的面，在入口边界与出口边界分割水域和空气域的进出口，在进出口边界线上网格节点的分布设置Geometric的方式，使自由水面处的网格适当加密，便于捕捉液面高度的变化。

本实施例中，划分前景网格的步骤为船舶附近外流场计算域的边界条件均设置为overset，船舶边界设置为固体壁面，创建船舶附近流场计算域网格，建立计算域内body，设置边界层网格节点和最大网格尺寸，生成前景网格。

A4、基于所述三维船舶仿真模型、网格划分处理后的具有边界条件的流场计算域、预先设定的海洋环境模型、预先设定的海洋环境数据库、多个预先设定的船舶姿态、预先设定的船舶货物装载方案，对所述三维船舶仿真模型进行虚拟航行仿真处理，获取在预先设定的船舶货物装载方式的情况下，与所述多个预先设定的船舶姿态分别相应的多个三维船舶仿真模型的复原力矩；

所述海洋环境数据库中包括多个海洋环境风浪流数据。

本实施例中的海洋环境风浪流数据主要包括：海洋表水温、平均波方向、平均波周期、有义波高、水深、海流数据、风速、风向、阵风、风暴等。

所述预先设定的海洋环境模型用于根据海洋环境数据库中的海洋环境风浪流数据对海洋环境进行仿真，获取仿真的海洋环境。

A5、基于在预先设定的船舶货物装载方式的情况下，与所述多个预先设定的船舶姿态分别相应的多个三维船舶仿真模型的复原力矩和多个预先设定的船舶姿态，获取第一预设坐标系下的所述船舶的稳性曲线。

所述第一预设坐标系的纵轴为复原力矩。

所述第一预设坐标系下的所述船舶的稳性曲线上的每一点的横坐标为预先设定的船舶姿态，纵坐标为与所述预先设定的船舶姿态相应的复原力矩。

本实施例中，还可以基于所述船舶的稳性曲线和预先设定的第二稳性曲线进行对比，并根据对比结果度所述船舶的货物装载进行调整。

所述第二稳性曲线为船舶空载情况下的稳性曲线。

本实施例中，预先设定的船舶姿态为：三维船舶仿真模型以预先设定的横倾角度置于船舶航行的虚拟场景中。

本实施例中，多个预先设定的船舶姿态为将三维船舶仿真模型以多个预先设定的横倾角度置于船舶航行的虚拟场景中，来获取相应的三维船舶仿真模型的复原力矩。

在实施例中具体应用中如图2所示，在本实施例中，三维船舶仿真模型以预先设定的装货方式满载装货情况和船舶空载的情况下，可以预先设定10°、20°、30°、40°横倾角，从而分别获取三维船舶仿真模型在船舶航行的虚拟场景横倾角度为10°、20°、30°、40°的情况下的复原力矩，从而获取船舶的稳性曲线。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于虚拟仿真平台的船舶货物配载稳性测试方法，其特征在于，包括步骤：

A1、基于预先设定的船舶型值数据信息和船舶三维建模软件，获取三维船舶仿真模型；

所述型值数据信息包括：型值表和二维型线图；所述型值表包括：船舶的空间坐标数据和船舶水线数据；

A2、基于所述型值表和预先设定的边界条件，建立所述三维船舶仿真模型所处的具有边界条件的流场计算域；

所述A2具体包括：

A2-1、基于船舶的型值表，建立所述三维船舶仿真模型所处的流场计算域；

所述流场计算域包括：第一边界面、第二边界面、第三边界面、第四边界面、第五边界面；

所述三维船舶仿真模型所处的流场计算域的第一边界面与所述三维船舶仿真模型的船首距离第一预设距离、第二边界面与所述三维船舶仿真模型的船尾距离第二预设距离、第三边界面与所述三维船舶仿真模型的船边距离第三预设距离、第四边界面与所述三维船舶仿真模型的船底距离第四预设距离、第五边界面与所述三维船舶仿真模型的中心对称面重合；

所述三维船舶仿真模型的中心对称面为使所述三维船舶仿真模型两侧相互对称的平面；

A2-2、基于所述计算域和预先设定的边界条件，获取具有边界条件的流场计算域；

所述具有边界条件的流场计算域中的第一规则点具有预先设定的速度入口边界条件、第二规则点具有预先设定的压力出口边界条件、第三规则点具有预先设定的速度入口边界条件、第四规则点具有预先设定的固定壁面的流场计算域；

A3、对所述具有边界条件的流场计算域进行网格划分处理，获取网格划分处理后的具有边界条件的流场计算域；

所述网格划分处理后的具有边界的流场计算域具有由背景网格和前景网格嵌套的重叠网格；

所述背景网格为所述具有边界条件的流场计算域中的网格；

所述前景网格为所述具有边界条件的流场计算域中三维船舶仿真模型外围的计算域中的网格；

A4、基于所述三维船舶仿真模型、网格划分处理后的具有边界条件的流场计算域、预先设定的海洋环境模型、预先设定的海洋环境数据库、多个预先设定的船舶姿态、预先设定的船舶货物装载方案，对所述三维船舶仿真模型进行虚拟航行仿真处理，获取在预先设定的船舶货物装载方式的情况下，与所述多个预先设定的船舶姿态分别相应的多个三维船舶仿真模型的复原力矩；

所述海洋环境数据库中包括多个海洋环境风浪流数据；

所述预先设定的海洋环境模型用于根据海洋环境数据库中的海洋环境风浪流数据对海洋环境进行仿真，获取仿真的海洋环境；

A5、基于在预先设定的船舶货物装载方式的情况下，与所述多个预先设定的船舶姿态分别相应的多个三维船舶仿真模型的复原力矩和多个预先设定的船舶姿态，获取第一预设坐标系下的所述船舶的稳性曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

A6、基于所述船舶的稳性曲线和预先设定的第二稳性曲线进行对比，并根据对比结果度所述船舶的货物装载方式进行调整；

所述第二稳性曲线为船舶空载情况下的稳性曲线。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A1具体包括：

基于XML标准文件格式的型值表或DXF格式的二维型线图以及预先设定的船舶三维建模软件，获取船舶三维仿真模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A5具体包括：

A5-1、采用预先设定的海洋环境模型对海洋环境进行仿真，获取仿真的海洋环境；

A5-2、基于所述仿真的海洋环境、三维船舶仿真模型、网格划分处理后的具有边界条件的流场计算域，获取船舶航行的虚拟场景；

所述船舶航行的虚拟场景由所述仿真的海洋环境、三维船舶仿真模型、网格划分处理后的具有边界条件的流场计算域合成；

A5-3、基于多个预先设定的船舶姿态、预先设定的船舶货物装载方式和船舶航行的虚拟场景，进行虚拟仿真试验，获取在预先设定的船舶货物装载方式的情况下与所述多个预先设定的船舶姿态分别相应的多个船舶三维仿真模型的复原力矩。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A6中所述第一预设坐标系的横轴为船舶姿态；

所述第一预设坐标系的纵轴为复原力矩；

所述第一预设坐标系下的所述船舶的稳性曲线上的每一点的横坐标为预先设定的船舶姿态，纵坐标为与所述预先设定的船舶姿态相应的复原力矩。