This paper describes the method of hull shape optimization to improve the resistance performance of planing hulls when a reference hull shape and its principal dimensions are given. First, the planing hull of precedent research is adopted as the reference hull and an optimization problem is formulated by defining hull shape parameters. The search space of this research is discretized for computing cost and DPSO(Discrete binary version of Particle Swarm Optimization) method is used to solve the optimization problem. As the result of optimization, the decrease of resistance is confirmed from the comparison between the reference hull's and the modified hull's planing performance from computational results.
A design procedure for a ship with minimum total resistance has been developed using a numerical optimization method called SQP (Sequential Quadratic Programming) to search for optimized hull form and CFD(Computational Fluid Dynamics) technique. The friction resistance is estimated using the ITTC 1957 model-ship correlation line formula and the wave making resistance is evaluated using a potential-flow panel method based on Rankine sources with nonlinear free surface boundary conditions. The geometry of hull surface is represented and modified using B-spline surface patches during the optimization process. Using the Series 60 hull ($C_B$ =0.60) as a base hull, the optimization procedure is applied to obtain an optimal hull that produces the minimum total resistance for the given constraints. To verify the validity of the result, the original model and the optimized model obtained by the optimization process have been built and tested in a towing tank. It is shown that the optimal hull obtained around $13\%$ reduction in the total resistance and around $40\%$ reduction in the residual resistance at a speed tested compared with that of the original one, demonstrating that the present optimization tool can be effectively used for efficient hull form designs.
A design procedure for a ship with minimum resistance had been developed using a numerical optimization method called SQP (Sequential Quadratic Programming) combined with computational fluid dynamics (CFD) technique. The frictional resistance coefficient was estimated by the ITTC 1957 model-ship correlation line formula and the wave-making resistance coefficient was evaluated by the potential-flow panel method with the nonlinear free surface boundary conditions. The geometry of the hull surface was represented and modified by B-spline surface modeling technique during the optimization process. The Series 60 ($C_B$=0.60) hull was selected as a parent hull to obtain an optimized hull that produces minimum resistance. The models of the parent and optimized hull forms were tested at calm water condition in order to demonstrate the validity of the proposed methodolgy.
Jung Yoon Park; Jonghyeon Lee;Janghoon Seo;Dong-Woo Park
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.5
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pp.332-340
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2023
The present study established hull form optimization for small catamaran based on variations of knuckle lines. Four knuckle lines below the free surface were employed as design variables. Knuckle lines were independently transformed within remaining the main dimensions of the existing hull. For the hull form optimization, the SHERPA algorithm of HEEDS was utilized. Computational fluid dynamics was employed to estimate the resistance performance. The optimal hull showed the improvement of resistance performance of 9.3% than that of existing hull. The improvement of wave and pressure distributions for optimal hull was confirmed. Throughout the present study, it is expected that established optimization method can be applied for various small vessels such as fishing and leisure boats.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.51
no.3
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pp.285-294
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2015
As a "kind of" mature ship form, planing hull has been widely used in military and civilian areas. Therefore, a reasonable design for planing hull becomes more and more important. For planing hull, resistance and trim are always the most important problems we are concerned with. It affects the planing hull's economic efficiency and maneuverability very seriously. Instead of the expensive towing tank experiments, the development of computer comprehensive ability allows us to previously apply computational fluid dynamics(CFD)to the ship design. In this paper, the CFD method and Goal Driven Optimization (GDO) were used in the estimations of planing hull resistance and running attitude to provide a possible method for performance computation of planing hull.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.3
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pp.1-12
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2004
In order to prepare the fuel-economic hull form design method for fine higher-speed ships, systematic theoretical and experimental study has been performed on the relation between hull form characteristics and ship's resistance and on the effect of the optimization of main hull form characteristics. The results of this study provide not only a great insight into the relation between ship's resistance and hull form characteristics, but also a proper direction of the optimization of main hull form characteristics for the improvement of ship's resistance characteristics.
This paper presents an optimization process for a catamaran hull form. The entire optimization process was managed using the CAD-CFD integration platform CAESES. The resistance of the demi-hull was simulated in calm water using the CFD solver STAR-CCM+, and an inviscid fluid model was used to reduce the computing time. The Free-Form Deformation (FFD) method was used to make local changes in the bulbous bow. For the optimization of the bulbous bow, the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA)-II was applied, and the optimization variables were the length, breadth, and angle between the bulbous bow and the base line. The Lackenby method was used for global variation of the bow of the hull. Nine hull forms were generated by moving the center of buoyancy while keeping the displacement constant. The optimum bow part was selected by comparing the resistance of the forms. After obtaining the optimum demi-hull, the distance between two demi-hulls was optimized. The results show that the proposed optimization sequence can be used to reduce the resistance of a catamaran in calm water.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.4
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pp.373-381
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2017
A Collaborative Optimization (CO) methodology for ring-stiffened composite material pressure hull of underwater vehicle is proposed. Structural stability and material strength are both examined. Lamination parameters of laminated plates are introduced to improve the optimization efficiency. Approximation models are established based on the Ellipsoidal Basis Function (EBF) neural network to replace the finite element analysis in layout optimizers. On the basis of a two-level optimization, the simultaneous structure material collaborative optimization for the pressure vessel is implemented. The optimal configuration of metal liner and frames and composite material is obtained with the comprehensive consideration of structure and material performances. The weight of the composite pressure hull decreases by 30.3% after optimization and the validation is carried out. Collaborative optimization based on the lamination parameters can optimize the composite pressure hull effectively, as well as provide a solution for low efficiency and non-convergence of direct optimization with design variables.
Ship hull optimization is categorized as a bound, multi variable, multi objective problem with nonlinear constraints. In such analysis, where the objective function representing the performance of the ship generally requires computationally involved hydrodynamic interaction evaluation methods, the objective functions are not smooth. Hence, the evolutionary techniques to attain the optimum hull forms is considered as the most practical strategy. In this study, a parametric ship hull form represented by B-Spline curves is optimized for multiple performance criteria using Genetic Algorithm. The methodology applied to automate the hull form generation, selection of optimization solvers and hydrodynamic parameter calculation for objective function and constraint definition are discussed here.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.46
no.6
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pp.562-568
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2009
Hull form generation and variation methods to be mainly discussed in this study are based on the fairness optimized B-Spline form parameter curves (FOBFC). These curves can be used both as indirect modification function for variation and as geometric entities for hull form generation. The flexibility and functionality of geometric control technique play the most important role for the success of hull form optimization. This study shows the hydrodynamic optimization process and the characteristics of optimum design hull forms of a 14,000TEU containership and 60K LPG carrier. SHIPFLOW has been used as a CFD solver and FS-Framework as a geometric modeler and optimizer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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