阅读说明：本技术 一种基于idf数据模型的船舶不沉性标板图计算方法 (Ship unsinkability target graph calculation method based on IDF data model ) 是由 余为波 邹存伟 黄卫刚 陈伟 田斌斌 于 2019-11-25 设计创作，主要内容包括：一种基于IDF数据模型的船舶不沉性标板图计算方法,包括如下步骤：建立主船体曲面的IDF数据模型,将主船体型线的首尾轮廓线和横剖线以点集的格式建模,并进行三维表达,用idf格式保存；对舰船附体及舱室进行定义；在导入主船体船型模型基础上,进行全船完整的舱室划分,多种舱室定义,以及舱室合成、分解等操作；在建立舱室的同时定义破损舱室的渗透系数；并定义计算所需装载工况,即定义所需计算的排水量及重量重心数据；采用增加重量法计算第一类舱室灌满水后的状态；采用损失浮力法计算第三类舱室的破损后的状态；减小了所花费工时,考虑了舰的自由纵倾和横倾状态,得到浮态、舱容、稳性的变化结果；计算结果可更接近于舱室进水后船的实际状态。(A ship unsinkability standard plate graph calculation method based on an IDF data model comprises the following steps: establishing an IDF data model of the curved surface of the main hull, modeling the head and tail contour lines and the transverse section lines of the main hull molded line in a point set format, performing three-dimensional expression, and storing the three-dimensional expression in an IDF format; defining the ship appendage and the cabin; on the basis of importing the ship model of the main ship body, carrying out operations such as complete cabin division of the whole ship, definition of various cabins, cabin synthesis, cabin decomposition and the like; defining the permeability coefficient of the damaged cabin while the cabin is being established; defining and calculating the required loading working condition, namely defining the water displacement and weight gravity center data required to be calculated; calculating the state of the first class cabin after being filled with water by adopting a weight increasing method; calculating the state of the third cabin after damage by adopting a loss buoyancy method; the working hours spent are reduced, the free trim and list states of the ship are considered, and the change results of the floating state, the cabin capacity and the stability are obtained; the calculation result can be closer to the actual state of the ship after the cabin is filled with water.)

一种基于IDF数据模型的船舶不沉性标板图计算方法

技术领域

本智力成果属于舰船总体性能领域，具体涉及一种不沉性标板图的隔舱要素计算的优化计算方法。

背景技术

《不沉性标板图》为供使用部门在舰船破损进水后作抗沉调整用的参考图，是舰船抗沉调整的重要依据，是舰船生命力保障的重要组成部分。其主要数据结果为在舰船破损时，每个舱室进水时的进水体积V(m³)，进水所引起的纵倾值△t(m)、横倾角(°)及初横稳性高的变化值△h(cm)等。因此其主要技术原理为不沉性计算理论，而不沉性仍广泛地被认为是舰船静水力理论的一部分，传统的《不沉性标板图》计算方法同样以的静水力理论为基础，即研究船舰破损浸水后新的平衡位置，以及在新平衡位置的稳性计算。

传统的计算方法主要以手工直接计算为主，按照经典理论的假设和运用excel等工具逐步计算。由于需要计算全舰主船体以下所有第一类舱及第三类舱室进水后的浮态以及初横稳性高的变化等数据，每一个舱室对应一到两个计算状态(即进满水及部分进水)，所需要计算的状态数以百计，计算过程涉及的数据信息量大，中间过程数据繁多。采用传统方法需要耗费较多工作时间(一般为1-2个月)，计算结果的精度也依赖假设条件和大量的过程数据的准确。

为了提高工作效率和相对准确性，需要采用合理的、易于操作的计算方法用于工程计算。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种不沉性标板图计算新方法和手段，通过该方法能够克服传统手工方法中的手工定义数据多、过程数据量大、计算假设条件多以及未考虑船的自由纵倾等问题，形成了一套较为完整可行的不沉性标板图计算方法和流程，可模拟舰船实际进水的理论状态，同时以较高的效率得到该计算所要求的在破损时，每个舱室进水时的进水体积V(m³)，它所引起的纵倾值△t(m)、横倾角

及初横稳性高的变化值△h(cm)等数据结果，为舰船的抗沉调整提供支撑。

本方采用的技术方案是：一种基于IDF数据模型的船舶不沉性标板图计算方法，包括如下步骤：

步骤一:建立船体的IDF数据模型，根据舰船型线图(或肋骨型线图、型值表册等)，建立主船体曲面的IDF(Intermediate Data Format，中间数据格式)数据模型，将主船体型线的首尾轮廓线和横剖线以点集的格式建模，并进行三维表达，用“*.idf”格式保存；

步骤二:对舰船附体及舱室进行定义；在导入主船体船型模型基础上，进行全船完整的舱室划分，多种舱室(包括附体、液体舱、水密舱、水密舱段)定义，以及舱室合成、分解等操作；

步骤三:在建立舱室的同时定义破损舱室的渗透系数；并定义计算所需装载工况，即定义所需计算的排水量及重量重心数据；

步骤四:采用增加重量法计算第一类舱室(舱室被海水灌满)破损后的状态；采用损失浮力法计算第三类舱室(进水舱未灌满，舱内水与船外海水联通)的破损后的状态。

进一步的，所述步骤一中，若主船体采用其他三维商业软件已生成，可对船体三维模型进行数据读取或转换，以获得指定格式的点集数据；

进一步的：所述步骤四中具体的计算方法为：设破损后船舶的重量重心为W、LCG、TCG、VCG，船舶破损后的浮态采用如下的方法计算：

其中W、LCG、TCG、VCG为重量、重心纵向、横向与垂向坐标，x、y、z为三个坐标轴方向，m为各方向静力矩，r为水的密度；V为排水体积；

漂心位置船舶在破损后的平衡应满足下面方程，即为得到吃水d、船舶纵倾角

船舶横倾角θ,采用下面的迭代方法求解

将(2)、(3)式反复迭代，直到f₁、f₂、f₃满足条件：

(2)、(3)式中M为：

其中：S为水线面的面积，X_f,Y_f,Z_f为水线面的漂心坐标

I_x,I_y,I_xy为水线面的惯性矩

L_BP为船长，B为船宽

破损后船舶的初稳心高为

选择指定舱室，选择指定灌满水以及不灌满水工况进行计算，即可得每个舱室进水时的进水体积V(m³)，它所引起的全船纵倾值变化量△t(m)、横倾角变化量

及初横稳性高的变化值△h(cm)隔舱要素结果，并行成不沉性标板图。

本发明的有益效果和特点是：

(1)可以快速核算舰船每个指定舱室进水时的隔舱要素结果，即进水体积、平衡浮态变化、稳性变化等数据结果，不仅有效提高《不沉性标板图》等重要文件编制的准确性和工作效率，而且可用于舰船抗沉调整分析，所花费工时减小为过去工作时间的1/3左右，文件的校对工作只需要针对前三个步骤的三维工作开展，所花费工时减小为过去工作时间的1/3左右。

(2)由于该模拟工具在进行破损稳性校核计算时，已经考虑了舰的自由纵倾和横倾状态，得到浮态、舱容、稳性的变化结果。因此对比传统的计算方法结果，采用本智力成果所得的计算结果可更接近于舱室进水后船的实际状态。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的主船体模型及建模界面图；

图2是本发明较佳实施例的舱室划分模型示例图；

图3是本发明较佳实施例的隔舱诸元素表计算流程图；

图4是本发明较佳实施例的破舱后稳性计算示例图；s

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明：

请参考图1，图2，一种基于IDF数据模型的船舶不沉性标板图计算方法，包括如下步骤：

步骤一:建立船体的IDF数据模型，根据舰船型线图(或肋骨型线图、型值表册等)，建立主船体曲面的IDF(Intermediate Data Format，中间数据格式)数据模型，将主船体型线的首尾轮廓线和横剖线以点集的格式建模，并进行三维表达，用idf格式保存；

步骤二:对舰船附体及舱室进行定义；在导入主船体船型模型基础上，进行全船完整的舱室划分，多种舱室(包括附体、液体舱、水密舱、水密舱段)定义，以及舱室合成、分解等操作；

步骤三:在建立舱室的同时定义破损舱室的渗透系数；并定义计算所需装载工况，即定义所需计算为排水量及重量重心数据；

步骤四:采用增加重量法计算第一类舱室(舱室被海水灌满)破损后的状态；采用损失浮力法计算第三类舱室(进水舱未灌满，舱内水与船外海水联通)的破损后的状态。

所述步骤一中，若主船体采用其他三维商业软件已生成，可对船体三维模型进行数据读取或转换，以获得指定格式的点集数据；

所述的IDF数据模型的船舶不沉性标板图计算方法，其特征在于：

所述步骤四中具体的计算方法为：设破损后船舶的重量重心为W、LCG、TCG、VCG，船舶破损后的浮态采用如下的方法计算：

其中W、LCG、TCG、VCG为重量、重心纵向、横向与垂向坐标，x、y、z为三个坐标轴方向，m为各方向静力矩，r为水的密度；V为排水体积；

漂心位置船舶在破损后的平衡应满足下面方程，即为得到吃水d、船舶纵倾角

船舶横倾角θ,采用下面的迭代方法求解

将(2)、(3)式反复迭代，直到f₁、f₂、f₃满足条件：

(2)、(3)式中M为：

其中：

S为水线面的面积，X_f,Y_f,Z_f为水线面的漂心坐标

I_x,I_y,I_xy为水线面的惯性矩

L_BP为船长，B为船宽

破损后船舶的初稳心高为

选择指定舱室，选择指定灌满水以及不灌满水工况进行计算，即可得每个舱室进水时的进水体积V(m³)，它所引起的全船纵倾值变化量△t(m)、横倾角变化量

及初横稳性高的变化值△h(cm)隔舱要素结果，并行成不沉性标板图。

本发明基于IDF(Intermediate Data Format)船体数据模型进行不沉性标板图的隔舱要素计算,该数据格式文件是一种简单的能定义数据结构的文件，可用来描述船体分舱曲面结构的构成，通用性强，格式简单，易于操作，下面以具体计算实例来说明：

(1)建立船体曲面三维模型

在船体建模软件(可使用公开的商业软件也可以使用自行开发的软件)中进行船体曲面的建模工作。主船体曲面一般为包括了球鼻艏和艉封板曲面的封闭几何体，对于具有曲面舱壁的复杂舱室(包括内底曲面)，其曲面舱壁模型也须在此创建；某型舰主船体模型及建模界面如图1所示。

(2)舱室划分、定义及属性和载况定义

某型舰舱室定义和划分流程如图2所示。具体步骤为:

(a)对idf格式主船体三维模型，设置参考系、密度等环境参数。

(b)采用不同方式定义全船的舱室，包括附体、液体舱、水密舱、水密舱段的定义。根据舱室不同的形状采用舱室合成、分解等操作建立舱室的三维模型。由于需要计算每个隔舱进水后的状态，一般将隔舱也定义为液舱。

(c)定义舱室的渗透系数和有效舱容系数。

(d)将装载工况定义为所需排水量状态的重量重心。

(3)对第一类舱室进行计算

在进行第一类舱室进水计算时，采用不沉性理论中的增加重量法进行计算，将所选舱室设为液舱，得出该舱灌满水后船的平衡状态，通过与灌水前平衡状态的对比即可得到所选舱室破损后舱室的诸元素表(即进水体积V(m³)，所引起的纵倾值△t(m)、横倾角

及初横稳性高的变化值△h(cm))，具体计算流程如图3所示。某个第一类舱室破损前与灌满水后的浮态及初稳性高计算见表1。

表1

某舱进水后相应于初始排水量时所增加数值如表2所示表2

(4)对第三类舱室进行计算

第三类舱破损进水采用损失浮力法进行计算，损失浮力法认为舱室进水后船的排水量和重心位置保持不变。按照增加重量法和损失浮力法计算新平衡状态。选择破损舱室，进行指定舱室破损下新的平衡状态及在新平衡位置的稳性计算(即倾差t、横倾角和初稳性高h的核算)，选择损失浮力法计算的结果。

本例仅列出了某一个舱室破损前后的状态对比计算方法，采用本智力成果的交互式界面可以直接选定任意已定义的舱室及组合进行计算，亦采用同样步骤。具体破舱后稳性计算模块界面如图4所示。

本发明以建立船体及分舱的数字化模型为基础，首先进行主船体及附体、内底等曲面的精确建模，然后进行各个舱室的精确定义和划分，并参照本智力成果的设置，利用本方法进行完整和破损情况下的稳性模拟计算，可快速获得每个指定舱室进水时的隔舱要素，得到对应进水状态的浮态、舱容、稳性的变化结果。形成了一种较为完整可行的不沉性标板图计算方法，可模拟舰船实际进水的理论状态，能够以较高的效率完成核算。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。