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.
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.
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.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권5호
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pp.785-794
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2015
To obtain low resistance and high efficiency energy-saving ship, minimum total resistance hull form design method is studied based on potential flow theory of wave-making resistance and considering the effects of tail viscous separation. With the sum of wave resistance and viscous resistance as objective functions and the parameters of B-Spline function as design variables, mathematical models are built using Nonlinear Programming Method (NLP) ensuring the basic limit of displacement and considering rear viscous separation. We develop ship lines optimization procedures with intellectual property rights. Series60 is used as parent ship in optimization design to obtain improved ship (Series60-1) theoretically. Then drag tests for the improved ship (Series60-1) is made to get the actual minimum total resistance hull form.
최적화기법과 선형변환 자동화기법을 도입하여 고속 중형 Ro-Pax선박의 조파저항성능을 향상시킬 수 있는 선형설계방법에 대하여 연구하였다. 최적화기법으로는 SQP(sequential quadratic programming)을 적용하였으며, 선형변환 자동화기법으로는 NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)기법을 적용하였다. 목적함수인 선박의 조파저항성능을 예측하기 위하여 비선형 자유수면 경계조건과 선체의 침하량을 고려한 비점성 유동 해석 기법인 패널법을 적용하였다. 기준선형에 대하여 선형최적화를 수행하였으며 그 결과로 도출된 최적선형에 대하여 모형선을 제작하여 모형시험을 수행하였다. 기준선형과 최적선형에 대한 수치해석을 수행하여 얻은 결과와 최적선형에 대한 모형시험을 수행하여 얻은 결과를 서로 비교하였다.
Lee, Jonghun;Kim, Byung Chul;Ruy, Won-Sun;Han, Ik Seung
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제13권1호
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pp.478-492
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2021
In this study, hull dimensions of an FPSO were optimized to maximize its operability at Brazil field. In contrast with the previous works which have used simplified models to evaluate some indicators related to stability and hydrodynamic performances of FPSOs for its own optimal design, we developed a generic hull and compartment modeler and sophisticated stability and hydrodynamic calculation modules. With the aid of the developed tools, the hull optimization was performed with initial dimensions of an FPSO originally designed for west Africa field. The optimization results indicated the relative importance of hydrodynamic performances compared with stability performances for the FPSO hull dimensioning by showing that there were 3 active constraints related to them, which were the natural periods of heave and roll and the maximum pitch angle under 1-year return period waves at full load condition. To the author's knowledge, this study is the first attempt to combine altogether the hull and compartment modeling and full set of stability and hydrodynamic calculations precisely to optimize an FPSO's hull dimensions within 30 min. Also, it is worthwhile to mention that the developed methods are generic enough to be applied to all types of ship-shaped offshore platforms.
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.
Chung, Bo-Young;Kim, Soo-Young;Shin, Sung-Chul;Koo, Youn-Hoe;Kraus, Andreas
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제3권4호
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pp.254-262
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2011
This study aims to optimize an arrangement of ship compartments with knowledge-based systems. Though great attention has been shown to the optimization of hull forms in recent years, the study on arrangement design optimization has received relatively little attention. A ship is both an engineering system and a kind of assembly of many spaces. This means that, to design an arrangement of ship compartments, it is necessary to treat not only geometric data but also knowledge on topological relations between spaces and components of a ship. In this regard, we select a suitable knowledge representation scheme for describing ship compartments and their relations, and then develop a knowledge-based system using expert system shell. This new approach is applied to create design variations for optimization on an arrangement of a pressure hull of a submerged vehicle. Finally, we explicate how our approach improves the design process.
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.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권3호
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pp.478-489
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2015
In the present study, a hydrodynamic hull-form optimization algorithm for a container ship was presented in terms of the minimum wave-making resistance. Bell-shaped modification functions were developed to modify the original hull-form and a sequential quadratic programming algorithm was used as an optimizer. The wave-making resistance as an objective function was obtained by the Rankine source panel method in which non-linear free surface conditions and the trim and sinkage of the ship were fully taken into account. Numerical computation was performed to investigate the validity and effectiveness of the proposed hull-form modification algorithm for the container carrier. The computational results were validated by comparing them with the experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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