﻿ 基于3D打印技术的无压载水船体型线设计系统
 舰船科学技术  2001, Vol. 44 Issue (6): 65-68    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2022.06.013 PDF

Hull line design system of non ballast ship based on 3D printing technology
ZHANG Fan
Henan Wisdom Education and Intelligent Technology Application Engineering Technology Research Center, Zhengzhou 451460, China
Abstract: This paper introduces axiomatic design methods, and a design method suitable for ship 3D printing is proposed based on the axiomatic design method. The design constraints of ship 3D printing and the realization objectives of 3D printing are analyzed, and the mathematical profile design method of ship hull is proposed based on NURBS curve. The structure of non ballast water hull is summarized, the design system of shape line of non ballast water ship based on 3D printing technology is designed.
Key words: 3D printing     non ballast water     hull line design
0 引　言

1 3D打印技术 1.1 3D打印方法设计

 图 1 公理化设计过程 Fig. 1 Axiomatic design process

 图 2 3D打印设计过程 Fig. 2 3D printing design process

1.2 3D打印设计约束及目标

3D打印技术的增材制造原理和传统制造业的减材制造原理不同，因此3D打印技术可以不受传统制造技术的瓶颈限制，能够对各种复杂结构进行加工处理，所以传统制造业的设计约束无法完全用于3D打印技术，但是这并不是说3D打印可以脱离设计约束而随便打印，相反的是3D打印由于成型质量因素多，例如材料种类、设备类型、成型技术等，因此3D打印技术存在特有的设计约束方案。

 图 3 3D打印成型模型 Fig. 3 3D printing molding model

 $T \approx \sum\limits_{i = 1}^n {{X_i}} \text{。}$ (1)

2 船体型线设计 2.1 非均匀有理B样条曲线

K次非均匀有理B样条曲线的有理分式如下式：

 $p\left( u \right) = \frac{{\displaystyle\sum\limits_{i = 0}^n {{\omega _i}{d_i}{N_{i,k}}\left( u \right)} }}{{\displaystyle\sum\limits_{i = 0}^n {{\omega _i}{N_{i,k}}\left( u \right)} }}\text{。}$ (2)

 $P\left( u \right) = \sum\limits_{i = 0}^n {{d_i}{R_{i,k}}\left( u \right)} \text{，}$ (3)
 ${R_{i,k}}\left( u \right) = \frac{{{\omega _i}{N_{i,k}}\left( u \right)}}{{\displaystyle\sum\limits_{i = 0}^n {{\omega _j}{N_{i,k}}\left( u \right)} }}\text{。}$ (4)

 ${R_{i,k}}\left( u \right) = \frac{{{B_{i,k}}\left( u \right),\left( {u = [0,\cdots,1,\cdots,1]} \right)}}{{{N_{i,k}}\left( u \right),{\rm{others}}}}\text{。}$ (5)

2.2 船体数学型线设计方法

x为一恒定值的时候，则y-z平面相当于船舶横剖面，因此船舶横剖线方程可以用式（6）来表示，利用横剖线的不同参数，则可以得到不同的横剖线方程，根据这些横剖线方程最终可以得到船体的曲面。

 $y = f\left( z \right)\text{。}$ (6)

z为一恒定值时，y-x平面相当于船舶的水线面，则船舶的水线方程可以用式（7）来表示，通过每条水线各自的水线参数，则可以获得不同的水线方程，最终可以得到船体曲面。

 $y = f\left( x \right)\text{。}$ (7)

 $\omega = {T^2}\int_0^1 {v{\rm{d}}u} \text{，}$ (8)
 $v = {a_{\frac{1}{m}}}{u^{\frac{1}{m}}} + \sum\limits_{i = 0}^n {{a_i}{u^i}} \text{。}$ (9)

 $y\left( x \right) = \left( {B - {B_f}} \right)\left( {1 - {{\bar x}^n}} \right){e^{ - {{\bar x}^m}}} + {B_f}\text{，}$ (10)

 ${z_s}\left( x \right) = x{\rm{tg}}{\alpha _3}\text{，}$ (11)

 $y\left( x \right) = {B_k} + \left( {{y_k} - {B_k}} \right){\bar x^n}\text{。}$ (12)
3 无压载水船体型线设计系统

 图 4 无压载水船体型线设计系统 Fig. 4 Design system of hull line of non ballast ship
4 结　语

 [1] 卢宝胜, 程东霞. 3D打印砂芯技术在铸件开发中的应用[J]. 铸造技术, 2021(42): 1026-1029. [2] 杨彦晨, 白斌, 程云章. 3D打印在颅内动脉肿瘤血管内治疗中的应用[J]. 北京生物医学工程, 2021(49): 642-646. [3] 韦俊凯, 林焰. V型无压载水船舶型线设计变换研究[J]. 中国舰船研究, 2010(5): 24-27. [4] 胡庆华, 刘建朔. V型无压载水小型LNG运输船设计研究[J]. 煤气与热力, 2019(39): 39-44. [5] 姜文英, 林焰, 陈明, 等. 变量化船舶型线表达与设计方法[J]. 上海交通大学学报, 2013(47): 323-328. [6] 张明霞, 李岗, 赵正彬, 等. 基于CAD二次开发的V型无压载水船[J]. 造船技术, 2019(3): 8-13. DOI:10.3969/j.issn.1000-3878.2019.03.003 [7] 王永青, 邓建辉, 李特, 等. 软体机器人3D打印制造技术研究综述[J]. 机械工程学报, 2021(57): 186-198. [8] 王鹏晖, 洪碧光, 于洋, 等. 一种无压载水船船型参数探讨[J]. 船海工程, 2016(45): 40-44. [9] 汪敏, 吴静萍. 一种无压载水船船型与阻力性能优化[J]. 船海工程, 2013(42): 28-31.