本发明涉及船体结构设计技术领域，具体涉及一种船体横剖面结构的自动生成系统。
背景技术：
舰船工业是我国重点支持和发展的产业之一，集中体现了我国当前科技和工业发展水平。舰船总体设计是任何一艘舰船研制的基础和技术依据，是指对舰船及其各构成系统、分系统、功能部件进行优化配置的综合设计技术，是舰船的综合集成技术。大型船舶设计涉及多门学科，而各学科之间相互作用、相互影响。在传统的船舶设计优化中，往往首先进行性能设计优化，然后进行结构、操纵和控制系统设计优化，最后进行工艺装备设计。这种设计模式实质上是将同时影响舰船性能、结构、控制、制造等因素人为地割裂开来，并没有充分利用各个子系统之间的相互影响可产生的协同效应，极有可能失去系统的整体最优解。这种设计模式属于串行设计模式，设计周期必然加长，开发成本必然增加。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种船体横剖面结构的自动生成系统，能够显著提高了大型船舶横剖面结构初步方案设计的效率，本发明系统能快速自动生成多个横剖面结构布置方案，然后对每个布置方案进行优选设计，生成最优的船体典型横剖面结构方案，并据此估算全船结构重量，将最优的方案反馈给综合集成设计平台进行总体方案的综合优化设计。
一种船体横剖面结构的自动生成系统，包括：方案自动生成模块、比较模块和估算模块；
方案自动生成模块用于船体横剖面结构方案自动生成，遵循大型水面船舶的加工工艺的要求，根据总体方案提供的信息，依据设计经验参考样本集设置结构参数完成一组横剖面结构布置方案自动生成；针对生成的每个布置方案，方案自动生成模块参考母型船横剖面结构信息确定布置方案的骨材型号和板列厚度信息，生成一组横剖面方案并将其发送到比较模块；
比较模块完成船体横剖面结构方案优选，根据输入的系列横剖面方案，按照大型舰艇结构设计准则，依据设计经验参考样本集，进行结构载荷计算和板格强度、骨材强度、板架强度、纵骨稳定性和横剖面总纵强度的校核计算；根据预先设置的应力水平控制信息判断方案是否满足设计要求，通过调整优化设计变量取值，优选获得满足约束条件要求的横剖面结构设计方案作为优选方案，并从优选方案中筛选出横剖面所在舱段最轻的方案作为最优方案发送到估算模块和大型船舶综合集成设计平台；
估算模块根据比较模块发送来的横剖面结构方案，采用每米船长重量方式估算设计船的全船钢料重量，并将结果发送到大型船舶综合集成设计平台。
其中，总体方案提供的信息为主尺度、横剖面外形轮廓和分层分舱信息，所述结构参数为纵向构件和横向构件的尺寸参数与材料参数。
较佳地，方案自动生成模块通过构件间距的变化，实现各层甲板、底部和外板上的纵向构件和横向构件的排列布置，完成一组布置方案的自动生成。
其中，约束条件根据要设计的船舶参数的变化而变化。
其中，应力水平控制信息包括应力衡准值、稳定性衡准值和过载能力系数值。
其中，比较模块运作流程为：(1)依据设计经验参考样本集，选取优化设计变量，并设置取值范围；(2)根据设置的外载荷和结构强度计算方法及衡准，对设计船横剖面结构初始方案进行局部强度校核和总纵强度校核；(3)根据预先设置的应力水平控制要求进行设计变量的优选，即在给定的取值范围内自动调整构件尺寸，使结构方案在满足强度和稳定性要求的条件下重量最小。
其中，估算模块对设计船全船钢料重量的估算方式为：
获得母型船和设计船单元长度的横剖面结构重量w'0和w'；将母型船与设计船的单元长度内总重量w'0及w'分别除以各自的单元长度，得到每米长度重量w0和w；按公式(1)估算设计船的船体结构重量wh：
式中：wh——设计船船体结构重量，单位为吨；
wh0——母型船船体结构重量，单位为吨；
w——设计船每米长度结构重量，单位为吨/米；
w0——母型船每米长度结构重量，单位为吨/米；
l——设计船船长，单位为米；
l0——母型船船长，单位为米；
cb——设计船方形系数；
cb0——母型船方形系数。
其中，方案自动生成模块生成布置方案时，对骨材的布置采用均匀布置。
有益效果：
本发明针对综合集成设计平台的总体方案中的横剖面外形轮廓、分层分舱方案、主尺度信息，通过方案自动生成模块能快速自动生成多个横剖面结构布置方案，然后通过比较模块，对每个布置方案进行优选设计，生成最优的船体典型横剖面结构方案，并据此估算全船结构重量，将最终结果反馈给大型船舶综合集成设计平台，有利于总体方案的综合优化设计，并且显著提高了大型船舶横剖面结构初步方案设计的效率；
本发明的系统针对主控系统提出的总体方案，同时考虑了影响舰船性能、结构、控制、制造的因素，系统的整体最优解得到保证。
附图说明
图1为本发明系统与综合集成设计平台的输入输出关系图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种船体横剖面结构的自动生成系统，能够根据主控系统提供的总体方案中的横剖面外形轮廓、分层分舱方案、主尺度信息，通过方案自动生成模块、比较模块，获得满足强度和稳定性要求且重量最轻的船体横剖面结构信息，并根据获得的船体横剖面结构信息，通过估算模块估算全船结构重量，并将最终获得满足强度和稳定性要求且结构重量最轻的设计方案反馈到大型船舶综合集成设计平台，实现总体方案的综合优化设计。
一种船体横剖面结构的自动生成系统，包括：方案自动生成模块、比较模块和估算模块；
方案自动生成模块用于船体横剖面结构方案自动生成，该模块遵循大型水面船舶加工工艺的要求，根据总体方案提供的信息，依据设计经验参考样本集完成一组结构布置方案自动生成，适用于大型船舶横剖面结构布置和结构尺寸参数初选；
总体方案提供的信息为主尺度、横剖面外形轮廓和分层分舱信息，方案自动生成模块依据参考样本集设置纵向构件和横向构件布置的尺寸参数和材料参数，在骨材布置时，均匀布置的同时要实现余量控制；
方案自动生成模块通过构件间距的变化，实现各层甲板、底部和外板上的纵向构件和横向构件的排列布置，自动生成多个布置方案，针对生成的每个布置方案，方案自动生成模块参考母型船横剖面结构信息确定布置方案的骨材型号和板列厚度信息，生成一组横剖面方案并将其发送到到比较模块；
比较模块完成船体横剖面结构方案优选，生成最优方案的横剖面结构图并发送到大型船舶综合集成设计平台；比较模块是根据输入的系列横剖面方案，按照大型舰艇结构设计准则，依据设计经验参考样本集，进行结构载荷计算和板格强度、骨材强度、板架强度、纵骨稳定性、横剖面总纵强度的校核计算；根据预先设置的应力水平控制信息判断方案是否满足设计要求，通过调整优化设计变量取值，优选获得满足约束条件要求的横剖面结构设计方案作为优选方案，并从优选方案中筛选出横剖面所在舱段最轻的方案作为最优方案，在横剖面结构方案优选过程中，约束条件根据要设计的船舶参数的变化而变化，可以根据设计者需要设置；其中，应力水平控制信息包括应力衡准值、稳定性衡准值、过载能力系数值；
比较模块运作流程为：(1)依据设计经验参考样本集，选取优化设计变量，并设置取值范围；(2)根据设置的外载荷和结构强度计算方法及衡准，对设计船横剖面结构初始方案进行局部强度校核和总纵强度校核；(3)根据预先设置的应力水平控制要求进行设计变量的优选，即在给定的取值范围内自动调整构件尺寸，使结构方案在满足强度和稳定性要求的条件下重量最小；
估算模块根据设计船优选结构方案的横剖面结构图，采用每米船长重量方式估算设计船的全船钢料重量；
其中，每米船长重量法是假定全船主船体构件的总重量，正比于船中部每米长度重量w和船长lbp，以
获得母型船和设计船单元长度的横剖面结构重量w'0和w'：对横骨架式船来说，单元长度为一个肋骨间距；对于纵骨架式船，单元长度为相邻两个实肋板间的距离；其中单元长度应计入的重量包括：纵向构件——板、纵桁和纵骨；横向构件——肋骨、甲板横梁、肋板和肘板；将母型船与设计船的单元长度内总重量w'0及w'分别除以各自的单元长度，得到每米长度重量w0和w；估算设计船的船体结构重量wh，按公式(1)估算：
式中：wh——设计船船体结构重量，单位为吨；
wh0——母型船船体结构重量，单位为吨；
w——设计船每米长度结构重量，单位为吨/米；
w0——母型船每米长度结构重量，单位为吨/米；
l——设计船船长，单位为米；
l0——母型船船长，单位为米；
cb——设计船方形系数；
cb0——母型船方形系数。
估算模块输出最优方案的全船结构重量到大型船舶综合集成设计平台。
本发明具体实施例为：
(1)船体横剖面结构初始方案自动生成
方案自动生成模块读取总体方案的横剖面外形轮廓信息和分层分舱信息，设置布置相关参数，自动生成多个船体横剖面结构布置方案；同时读入母型船横剖面结构信息，自动确定每个布置方案构件尺寸的初始板厚和骨材型号。
(2)船体横剖面结构优化设计
比较模块选取强力甲板双层板架以及双层底的板厚和纵骨型号作为设计变量；设置横剖面结构强度约束条件；设置横剖面结构总面积为目标函数，对横剖面结构进行局部强度、总纵强度的计算校核和构件尺寸优化调整。
(3)船体结构重量估算
估算模块根据船体横剖面结构优化设计结果，采用每米船长重量法估算设计船的全船钢料重量，将最优的方案提交给大型船舶综合集成设计平台。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。