分段龙骨梁模型水弹性实验技术进展

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作者 叶昱松 姜季江 +2 位作者 张仕元 付世晓 武少波 《船舶》 2024年第4期11-20,共10页

水弹性实验是研究船舶水弹性响应的重要手段。该文总结了国内外船舶水弹性实验研究现状,对广泛使用的分段龙骨梁船模进行重点研究,包括结构设计、水动力模块设计、载荷形式和实验结果测量等方面内容,分析不同分段龙骨梁船模的适用性,总... 水弹性实验是研究船舶水弹性响应的重要手段。该文总结了国内外船舶水弹性实验研究现状,对广泛使用的分段龙骨梁船模进行重点研究,包括结构设计、水动力模块设计、载荷形式和实验结果测量等方面内容,分析不同分段龙骨梁船模的适用性,总结了分段龙骨梁船模实验设计阶段的关键技术,并结合团队经验给出主要内容的设计指标,以期为船舶水弹性实验的设计提供参考。 展开更多

关键词 大型船舶 水弹性实验 分段船模 实验设计

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AUV近水面波浪跟随控制及环境参数分析

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作者 王一 汪旋 +1 位作者 王检耀 李相衡 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期340-349,共10页

[目的]针对自主水下航行器(AUV)执行通信任务的隐蔽性要求,提出一种带折叠天线的AUV近水面通信模式。[方法]基于切片理论对规则波的波浪干扰力进行预报,建立AUV五自由度近水面运动方程;结合视线法(LOS)和PID控制器,开展AUV本体的波浪跟... [目的]针对自主水下航行器(AUV)执行通信任务的隐蔽性要求,提出一种带折叠天线的AUV近水面通信模式。[方法]基于切片理论对规则波的波浪干扰力进行预报,建立AUV五自由度近水面运动方程;结合视线法(LOS)和PID控制器,开展AUV本体的波浪跟随控制仿真研究。[结果]仿真结果表明,空间循迹运动的法向跟踪稳定精度为0.2476m,波浪跟随运动的垂向跟踪稳定精度为0.2326m,控制效果较好。同时,统计分析发现,波高和波频对控制效果影响显著,波高和波频越大,控制效果越差。[结论]所做研究验证了AUV近水面波浪跟随运动的可行性,可为高隐蔽实时通信等提供理论模型支撑。 展开更多

关键词 自主水下航行器 波浪干扰力 波浪跟随控制 视线法 PID控制

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基于神经网络的海冰弯曲强度计算参数确定及锥体破冰数值研究

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作者 朱圣涛 邹璐 +1 位作者 邹早建 邹明 《振动与冲击》 北大核心 2025年第1期41-50,共10页

为构建黏聚单元物理参数与海冰弯曲强度之间的关系,提出一种基于神经网络的回归模型用于海冰弯曲强度计算参数的确定。首先,基于有限元法及黏聚单元法对海冰三点弯曲试验进行数值模拟并验证方法的有效性。然后,选择五个影响参数,采用拉... 为构建黏聚单元物理参数与海冰弯曲强度之间的关系,提出一种基于神经网络的回归模型用于海冰弯曲强度计算参数的确定。首先,基于有限元法及黏聚单元法对海冰三点弯曲试验进行数值模拟并验证方法的有效性。然后,选择五个影响参数,采用拉丁超立方抽样算法生成427个样本,通过数值模拟得到其对应的海冰弯曲强度,构建神经网络的数据集。在此基础上,采用多层感知器神经网络对所有样本预报结果进行训练,得到预报海冰弯曲强度的回归模型。以此建立与试验海冰弯曲强度相近的层冰数值模型,并考虑流体浮力和拖曳力对碎冰的作用,对不同参数影响下的锥体层冰相互作用进行数值模拟及分析。结果显示,锥体受到层冰纵向力的均值、标准差以及峰值均随碰撞速度、锥体水线面直径和锥体角度的增加而增大。 展开更多

关键词 有限元法 黏聚单元法 海冰弯曲强度 神经网络 结构物-层冰相互作用

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无人舰艇智能航行技术进展与前沿

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作者 楼建坤 徐蒙源 +2 位作者 岳林 冯伟强 王鸿东 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期3-14,共12页

[目的]无人舰艇智能航行系统主要负责舰艇的环境感知、决策规划和运动控制,是执行具体任务的基础。旨在梳理该系统关键技术的发展现状,剖析现存问题,并对未来发展方向提出建议,为无人舰艇智能航行关键技术的持续进步提供参考。[方法]基... [目的]无人舰艇智能航行系统主要负责舰艇的环境感知、决策规划和运动控制,是执行具体任务的基础。旨在梳理该系统关键技术的发展现状,剖析现存问题,并对未来发展方向提出建议,为无人舰艇智能航行关键技术的持续进步提供参考。[方法]基于近年来无人舰艇完成的百公里及千公里自主远航任务,深入综述智能航行关键技术在国内外的发展情况,通过相关技术的应用案例分析、理论研究成果梳理等方式,归纳总结当前技术的优势与不足,进而针对性地提出未来发展的关键技术方向。[结果]当前,无人舰艇智能航行技术在环境感知、决策规划和运动控制方面均取得一定进展,但仍面临诸多挑战。在环境感知方面,复杂环境下的目标感知准确性有待提升,且缺乏对波浪的实时感知能力;决策规划方面,难以有效应对动态任务场景下的多约束问题;运动控制方面,全航程多工况自适应控制能力不足。[结论]针对上述问题,建议重点发展以下关键技术:构建无人舰艇六自由度高精度运动模型,为航行决策和控制提供精准依据;利用多模态数据和人工智能前沿技术,开发感知决策大模型,增强系统的智能化水平;研究面向高海况的安全航行技术,提升无人舰艇在恶劣海洋环境中的作业能力和生存能力。 展开更多

关键词 无人艇 环境感知 传感器数据融合 决策规划 运动控制 运动规划 大模型

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基于数据驱动的船舶型线智能化初步设计系统研发

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作者 余恺 马宁 +1 位作者 史琪琪 孙利 《船舶》 2025年第1期1-10,共10页

针对传统船舶型线设计方法设计周期长、人工耗时多的问题,该文提出基于数据驱动技术的船舶型线初步设计方法,围绕船体型线的数字化表达、数据库构建,以及数据存储、分类与调用等,制定船体型线数据库的构建方法,实现型线可视化添加、删... 针对传统船舶型线设计方法设计周期长、人工耗时多的问题,该文提出基于数据驱动技术的船舶型线初步设计方法,围绕船体型线的数字化表达、数据库构建,以及数据存储、分类与调用等,制定船体型线数据库的构建方法,实现型线可视化添加、删除、查看、修改和匹配功能。首先利用数据库中已有数据,建立船体型线特征提取函数,对船体曲面进行分割并计算曲面的法向量、高斯曲率和平均曲率,实现船体曲面特征降维;然后建立卷积神经网络模型,以降维后的特征参数作为输入,预测船舶的静水阻力性能。测试结果显示:该数据库能便捷地管理船舶型线数据,且神经网络对船舶的总阻力系数预测误差在10%以内,还可将优秀的数据继承到新船型的型线初步设计中。 展开更多

关键词 数据驱动 型线设计 特征降维 神经网络

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基于水池模型试验的半潜式浮式风机塔筒载荷敏感性分析

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作者 郭嘉宁 刘明月 +2 位作者 方智超 陈巍旻 潘徐杰 《振动与冲击》 北大核心 2025年第3期9-17,共9页

通过在海洋工程水池开展的缩尺比为1∶70的模型试验,对12 MW半潜式浮式风机的塔筒载荷特性进行全面研究。试验结果表明:塔底迎风向弯矩值比同工况中塔顶迎风向弯矩值高10倍以上;波浪载荷对塔底迎风向弯矩响应的动态变化起主导作用,这是... 通过在海洋工程水池开展的缩尺比为1∶70的模型试验,对12 MW半潜式浮式风机的塔筒载荷特性进行全面研究。试验结果表明:塔底迎风向弯矩值比同工况中塔顶迎风向弯矩值高10倍以上;波浪载荷对塔底迎风向弯矩响应的动态变化起主导作用,这是塔底与支撑平台的连接位置所决定的,风主要影响塔底迎风向弯矩的响应均值;同时,气动阻尼效应显著抑制塔顶迎风向弯矩和塔底迎风向弯矩在纵摇及纵荡固有运动频率处的响应;塔顶载荷和塔底载荷中均是波频响应和高频响应占主导地位,当波高增大至10.8 m时,塔底载荷中波频响应随之增强,但此时塔顶载荷中高频响应仍占据20%以上能量。 展开更多

关键词 浮式风机 半潜式平台 模型试验 塔筒载荷特性

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基于输入−状态联合估计的漂浮式风机塔架结构载荷反演及状态分析

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作者 王超 崔明浩 +2 位作者 周楠 陈鹏 程正顺 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第4期167-175,共9页

[目的]旨在研究波浪作用下漂浮式风机塔架的结构载荷反演方法及动力响应状态。[方法]以半潜型风机为研究对象,通过时域仿真模拟测量数据,并且基于漂浮式风机的频域仿真模型计算塔架的质量归一化模态,将二者作为输入−状态联合估计(joint ... [目的]旨在研究波浪作用下漂浮式风机塔架的结构载荷反演方法及动力响应状态。[方法]以半潜型风机为研究对象,通过时域仿真模拟测量数据,并且基于漂浮式风机的频域仿真模型计算塔架的质量归一化模态,将二者作为输入−状态联合估计(joint input-state estimation,JIS)算法的输入,对漂浮式风机塔架开展结构载荷反演以及实时状态分析。[结果]结果表明:基于JIS算法,以塔架节点的仿真数据作为算法的输入,估计的塔根载荷以及塔架节点响应与仿真结果具有良好的一致性,实现了高精度的反演。[结论]反演结果验证了JIS算法的有效性,可以用于漂浮式风机的实时状态分析,保障漂浮式风机长期安全稳定运行。 展开更多

关键词 漂浮式风机 结构载荷反演 输入−状态联合估计 实时状态分析

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一种挖泥船最小能耗工作点计算选取方法

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作者 李铭志 杨正军 +3 位作者 何炎平 张红升 童荣彬 张树阳 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第5期238-244,共7页

[目的]为了解决挖泥船短排距工况下高能耗的问题,提出一种最小能耗工作点的计算选取方法。[方法]基于前期研究建立的泥泵排压、管道阻力、关键流速和泥泵汽蚀等相关模型,以单方能耗最小为目标,采用施工人员最为熟知并方便控制的泥泵转... [目的]为了解决挖泥船短排距工况下高能耗的问题,提出一种最小能耗工作点的计算选取方法。[方法]基于前期研究建立的泥泵排压、管道阻力、关键流速和泥泵汽蚀等相关模型,以单方能耗最小为目标,采用施工人员最为熟知并方便控制的泥泵转速为优化变量,运用输送系统最佳流速搜索和多泥泵转速优化相结合的双重优化方法,实现挖泥船多个泵串联最小能耗工作点的计算选取,并以配置有3台不同型号离心泵的“新海狼”号挖泥船在特定工况条件下施工为案例进行算法验证。[结果]结果显示,经所提算法模型优化后的工作点单方能耗比最大产量工作点的单方能耗降低了11.8%。[结论]研究成果的应用能有效弥补已有以施工能力(最大产量)为目标的优化施工方法,为疏浚工程的节能减排工作提供参考。 展开更多

关键词 挖泥船 管道输送 多泵串联 最小能耗

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一种无需指定船舶位置的新型船舶大规模自主编队方法

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作者 丁明 王磊 +1 位作者 丁英 王一听 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第1期191-199,共9页

[目的]针对船舶大规模编队通信量大、编队速度慢、不便于扩充等问题,提出一种新型的虚拟壁面编队方法。[方法]使用局部通信,根据自然规律,设定虚拟作用力驱使船舶向目标位置集合,并通过虚拟壁面调整队形,从而实现船舶编队的目的。[结果... [目的]针对船舶大规模编队通信量大、编队速度慢、不便于扩充等问题,提出一种新型的虚拟壁面编队方法。[方法]使用局部通信,根据自然规律,设定虚拟作用力驱使船舶向目标位置集合,并通过虚拟壁面调整队形,从而实现船舶编队的目的。[结果]结果表明,所提方法能够按照“就近原则”快速地完成编队,通信量低且不随编队规模而增加。通过对船舶编队的静态、动态、旋转、缩放和避障的仿真验证了这种算法的有效性。[结论]所提虚拟壁面法具有通信量低、编队速度快、扩充简单等优势,在船舶大规模编队中具有明显优势。 展开更多

关键词 船舶编队 虚拟壁面法 集群控制 分布式控制 避障

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基于知识的船舶结构快速有限元建模方法 被引量：1

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作者 罗文俊 李春通 +1 位作者 韦朋余 王德禹 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第6期35-44,共10页

[目的]针对船舶结构有限元分析过程中创建有限元模型耗时且严重依赖工程师经验的问题,提出一种基于知识和几何模型特征的快速有限元建模框架。[方法]该方法充分利用CAD系统现有的模型数据,通过模型特征实现CAD与CAE系统之间的模型数据... [目的]针对船舶结构有限元分析过程中创建有限元模型耗时且严重依赖工程师经验的问题,提出一种基于知识和几何模型特征的快速有限元建模框架。[方法]该方法充分利用CAD系统现有的模型数据,通过模型特征实现CAD与CAE系统之间的模型数据共享。首先,基于专家知识对CAD几何特征进行工程语义标记,生成CAD信息模型;然后,基于构建的知识规则对CAD信息模型进行特征约简;最后,采用XML中性文件构建基于知识的数据传递和匹配方法,将几何特征和属性信息与预先构建的CAE参数化模板进行匹配,快速实现船舶结构的有限元建模。[结果]以某66000 DWT散货船典型装载工况的舱段结构强度计算分析为例,所提方法可以实现几何模型、边界条件等信息的自动提取、标记以及模型自动约简,通过基于知识的特征匹配规则快速实现结构有限元建模及分析,有效减少了数据传递过程中丢失并实现知识重用。[结论]通过嵌入知识重用规则搭建的船舶结构快速有限元建模方法,提高了CAD与CAE系统之间数据、信息、知识的转换效率,在实际工程中具有良好的通用性和可扩展性。 展开更多

关键词 船体结构 知识工程 船舶设计 CAD/CAE 有限元法

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基于UNet深度学习的VLCC横框架拓扑优化分析 被引量：1

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作者 李振荣 夏利娟 冯朔 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第6期108-116,共9页

[目的]为将人工智能技术应用于复杂船舶结构优化设计,提出一种基于UNet的船体横框架拓扑优化方法。[方法]以某超大型油轮(VLCC)横框架为研究对象,首先根据优化数学原理创建UNet拓扑优化代理模型,然后将有限元网格物理量映射为张量,获得... [目的]为将人工智能技术应用于复杂船舶结构优化设计,提出一种基于UNet的船体横框架拓扑优化方法。[方法]以某超大型油轮(VLCC)横框架为研究对象,首先根据优化数学原理创建UNet拓扑优化代理模型,然后将有限元网格物理量映射为张量,获得供模型训练的数据集,最后采用交并比(IoU)方法对训练结果进行评估,并将该方法与SIMP法进行拓扑构型对比。[结果]结果显示,所提拓扑优化方法能够快速输出设计域的材料布局,与SIMP拓扑优化相比可以更加高效地获得结构拓扑构型。[结论]所提拓扑优化方法可为船舶横框架结构提供一种新型的设计手段。 展开更多

关键词 船舶设计 人工智能 形状优化 拓扑优化 深度学习 UNet 代理模型 数据映射 船舶横框架

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基于ASNLS算法的智能浮标浮潜模型参数辨识

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作者 钟一鸣 于曹阳 +2 位作者 曹军军 姚宝恒 连琏 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第2期13-20,共8页

[目的]针对智能浮标大深度浮潜模型难以精确量化的问题,提出一种抗数据饱和及测量噪声的最小二乘算法(ASNLS),以实现浮潜多参数识别及深度预测。[方法]首先,在智能浮标浮潜运动灰箱模型中引入其执行机构的非线性动作特性以契合实际模型... [目的]针对智能浮标大深度浮潜模型难以精确量化的问题,提出一种抗数据饱和及测量噪声的最小二乘算法(ASNLS),以实现浮潜多参数识别及深度预测。[方法]首先,在智能浮标浮潜运动灰箱模型中引入其执行机构的非线性动作特性以契合实际模型,并将连续型浮潜运动方程转化为离散模式以匹配实际离散的数据采样方式;然后,将离散型运动方程构造为基于相关函数的表达形式,以减弱噪声对参数辨识的影响;最后,通过调整协方差矩阵的取值,实现该浮潜参数辨识算法的抗数据饱和功能。[结果]基于2021年智能浮标在南海的大深度试验数据,开展了浮潜运动模型参数辨识及深度预测,验证结果表明:相较于传统的最小二乘算法及支持向量机算法,ASNLS算法的收敛速度更快(较最小二乘算法提高了31.8%)、深度预测误差更小(不同深度下的平均绝对百分比误差均小于9%)。[结论]ASNLS算法可为智能浮标的深度控制和预报提供有效的浮潜模型支撑。 展开更多

关键词 智能浮标 参数辨识 抗数据饱和及测量噪声的最小二乘算法 运动预测 数据饱和

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基于弹性连接的FPSO上部模块整体减振技术

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作者 黄雨促 何炎平 +2 位作者 仇明 刘亚东 李铭志 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第3期278-291,共14页

[目的]针对浮式生产储卸油装置(FPSO)作业时上部模块的振动响应,为减少振动能量向船体的传递,同时改进上部模块与船体之间的连接,提出一种基于上部模块与船体弹性连接的整体减振技术。[方法]首先,利用弹性支座将上部模块与船体进行弹性... [目的]针对浮式生产储卸油装置(FPSO)作业时上部模块的振动响应,为减少振动能量向船体的传递,同时改进上部模块与船体之间的连接,提出一种基于上部模块与船体弹性连接的整体减振技术。[方法]首先,利用弹性支座将上部模块与船体进行弹性连接,根据FPSO在作业海域加速度响应预报的极值来确定弹性支座的设计载荷和内部结构;然后,采用有限元方法分析弹性支座的受力与变形特性,并通过线性拟合获得弹性支座的等效刚度;最后,将弹性支座等效为线性弹簧,分别通过数值模拟和理论分析来研究模块结构的振动响应和弹性支撑系统的动力传递特性。[结果]结果表明:应用该减振技术之后,上部模块的减振效率高达30%以上,同时还可使船体取得良好的隔振效果。[结论]该研究成果可为海洋结构物上部模块的整体减振设计和应用提供参考。 展开更多

关键词 浮式生产储卸油装置 上部模块 弹性连接 整体减振

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半潜式浮式风机一体化耦合分析方法对比

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作者 李帅 贾玉超 +1 位作者 张法富 梁瑜 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期149-158,共10页

由于风机厂家通常仅提供风机的结构载荷,不提供上部风机参数,导致在进行海上风机浮式基础设计时,难以开展浮式风机的全耦合分析。从风机载荷的组分出发,建立了全耦合、限制耦合、准耦合、半耦合4种分析模型,以“海油观澜号”为例,对比... 由于风机厂家通常仅提供风机的结构载荷,不提供上部风机参数,导致在进行海上风机浮式基础设计时,难以开展浮式风机的全耦合分析。从风机载荷的组分出发,建立了全耦合、限制耦合、准耦合、半耦合4种分析模型,以“海油观澜号”为例,对比了不同耦合模型在计算极限海况下浮式风机运动和系泊张力方面的差异。结果表明:限制耦合模型忽略了风机质量,其计算结果与全耦合分析结果最大相对误差超过70%,无法满足工程实施需求;准耦合模型求解的响应与全耦合模型的最大相对误差约6%,半耦合模型的最大相对误差则低于2%,均可满足工程实施要求;准耦合模型只需风机厂家提供主要的风机结构参数和固定式风机的塔底载荷信息,可用于浮式风机的概念设计和基本设计的前期阶段;半耦合模型可用于和风机厂家开展联合设计;相较于全耦合模型,准耦合模型的计算效率提高近3倍,可实现浮式基础的快速迭代优化。研究成果在“海油观澜号”浮式风电项目中得到了应用,并可为其他半潜式浮式风机的工程设计提供参考。 展开更多

关键词 “海油观澜号” 浮式风机 风机参数 耦合分析 全耦合模型 限制耦合模型 准耦合模型 半耦合模型

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基于实测数据的半潜式浮式风机在役状态分析——以“海油观澜号”为例

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作者 毛竞轩 邓石 +1 位作者 郭孝先 李欣 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期159-168,共10页

半潜式浮式风机在深远海服役面临复杂的海洋环境,对其所在环境以及运动响应进行监测分析,对保障平台安全运维及后续优化设计具有重要意义。以“海油观澜号”一体化智能监测系统实测的海洋环境及平台运动数据为基础,分析了“海油观澜号... 半潜式浮式风机在深远海服役面临复杂的海洋环境,对其所在环境以及运动响应进行监测分析,对保障平台安全运维及后续优化设计具有重要意义。以“海油观澜号”一体化智能监测系统实测的海洋环境及平台运动数据为基础,分析了“海油观澜号”风机平台所处的环境条件、平台倾角的分布特征,探究平台在台风工况下运动响应,据此判断平台设计指标与实测值的差异,最后建立了平台水动力仿真模型,并将模型预测结果与实测结果进行了对比。结果表明:①台风期间,极端上浪现象导致传感器测量出现偏差,通过平移放缩法对风浪时历曲线变换后,基本符合实际海洋环境的变化趋势,环境监测结果显示“海油观澜号”设计具有较高的安全冗余度;②测量期间,平台横摇、纵摇极值都在正常发电倾角内,倾角的3 h极大值基本满足Gumbel分布,据此预测平台在一年一遇、十年一遇、百年一遇环境条件下倾角极值分别为5.51°、6.71°、7.90°,虽超过了临界发电倾角,但在台风停机保护下,仍能保证平台的安全性;③台风工况下,平台实际运动固有周期与设计周期接近,实际海况下的平台响应基本符合设计预期;平台水动力模型数值计算结果与实测值吻合良好,模拟结果可较为真实地反应风机的实际工作状态。研究结果为“海油观澜号”的安全运维及同类平台的优化设计提供了参考。 展开更多

关键词 “海油观澜号” 浮式风机 平台设计 现场监测 台风工况 运动响应 设计指标 水动力模型

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半浸桨“杯”型结构水动力性能影响分析

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作者 严彬 傅慧萍 李杰 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第6期201-209,共9页

[目的]旨在研究“杯”型结构对半浸式螺旋桨水动力性能的影响规律和作用机理。[方法]基于RANS方法并结合流体体积(VOF)方法和滑移网格方法,对自然通气工况下841-B半浸桨及其“杯”型结构改型桨开展数值模拟;在验证数值模拟方法有效性的... [目的]旨在研究“杯”型结构对半浸式螺旋桨水动力性能的影响规律和作用机理。[方法]基于RANS方法并结合流体体积(VOF)方法和滑移网格方法,对自然通气工况下841-B半浸桨及其“杯”型结构改型桨开展数值模拟;在验证数值模拟方法有效性的基础上,基于二分法调整随边角度以使基准半浸桨“杯”型结构变化,从而针对系列桨开展计算研究。[结果]研究显示,“杯”型结构变化对半浸桨的推力和扭矩影响显著,但对效率的影响相对较小;增大“杯”型结构会使桨出水时附带更多水体,造成桨后兴波和液滴飞溅加剧。[结论]所采用的研究方法和所得结论可为半浸桨的设计提供参考。 展开更多

关键词 船用螺旋桨 半浸式螺旋桨 "杯"型结构 随边角度 水动力性能 计算流体动力学

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基于正交异性等效的双向加筋板结构变形简化分析方法

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作者 刘晓磊 袁昱超 唐文勇 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第4期254-262,共9页

[目的]随着船舶不断向大型化、复杂化发展,舱段级以上的船体结构有限元模型的网格数量将急剧增加,导致碰撞、冲击、接触等大型非线性力学问题均难以求解,故提出一种基于正交异性等效的双向加筋板结构变形简化方法。[方法]首先,将现行成... [目的]随着船舶不断向大型化、复杂化发展,舱段级以上的船体结构有限元模型的网格数量将急剧增加,导致碰撞、冲击、接触等大型非线性力学问题均难以求解,故提出一种基于正交异性等效的双向加筋板结构变形简化方法。[方法]首先,将现行成熟的单向加筋板平面应力简化方法推广至更复杂的双向加筋板平面弯曲问题,并引入正交方向上加筋板总惯性矩与板的惯性矩之比来反映结构的正交异性;然后,将惯性矩比值代入推广所得的加筋板等效平面弯曲本构方程,以实现材料正交异性的转化,从而在力学层面上兼顾结构的抗变形能力和中性轴移轴产生中面力的影响;最后,利用有限元计算,根据不同的位移分布对四边固支加筋板的变形模式进行分类,并将加筋板实际结果与该方法及传统方法的等效结果进行误差对比分析。[结果]对比结果表明,在船舶双向加筋板结构中,该方法最多可减少84%的网格数量,且3种变形模式下的等效误差均可控制在6%以内,远低于2种传统方法。[结论]该方法的精度较高、适用范围更广、大幅了节省计算资源,可为大型船体结构非线性力学问题的直接建模仿真计算提供解决方案。 展开更多

关键词 双向加筋板 正交异性等效 平面弯曲问题 变形模式 结构简化分析

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基于两阶段多目标智能设计方法的船舶动力舱设备布局优化研究

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作者 李金成 刘暾 +5 位作者 令波 朱振桥 叶梦熊 杨姝玲 冯榆坤 陈作钢 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第6期150-160,共11页

[目的]针对现有优化算法处理船舶动力舱设备布局优化问题时可行解占比低、收敛困难的状况,开展多目标智能设计方法研究,旨在实现智能化布局设计。[方法]提出两阶段多目标优化方法。阶段1,以设备布置顺序为变量,基于NSGA-II算法与混合装... [目的]针对现有优化算法处理船舶动力舱设备布局优化问题时可行解占比低、收敛困难的状况,开展多目标智能设计方法研究,旨在实现智能化布局设计。[方法]提出两阶段多目标优化方法。阶段1,以设备布置顺序为变量,基于NSGA-II算法与混合装箱算法,求解整数规划问题筛选初始布置方案。其中,混合装箱算法融合货架和天际线算法思路,优化目标包括空间利用率、通道及维修空间、维检修效率,约束条件涵盖设备干涉、维修可达、互斥、重心等方面。阶段2,以初始方案为基础,以设备间隔、通道宽度为变量优化得到最佳布局。[结果]将该方法应用于某船舶动力舱局部区域设备布置,所得方案的维检修效率提升17.18%,通道最大宽度及维修空间优化0.47%,剩余有效空间利用率提高33.36%,各项优化目标均不低于人工布置方案。通过参数实验进一步验证了NSGA-II算法参数、精英策略、网格参数的合理性及方法的通用性。[结论]研究表明,两阶段优化方法可行且适用,能有效提高动力舱设备布置优化效率与效果,可为智能化布局设计提供解决方案。 展开更多

关键词 船舶设计 多目标优化 动力舱设备布局 NSGA-II 混合装箱算法 空间利用率

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粉煤灰在磷酸镁水泥体系中的作用机制研究

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作者 孟祥瑞 刘源涛 +1 位作者 陈兵 王立艳 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期25-31,共7页

本工作采用粉煤灰(Fly ash,FA)替代一部分(≤30%)氧化镁对磷酸镁水泥(MPC)砂浆进行改性,研究了粉煤灰在MPC体系中的活性和作用机制,分析了FA对MPC物理力学性能和微观结构的影响。结果显示,FA在MPC体系中体现了复杂的物理和化学效应。球... 本工作采用粉煤灰(Fly ash,FA)替代一部分(≤30%)氧化镁对磷酸镁水泥(MPC)砂浆进行改性,研究了粉煤灰在MPC体系中的活性和作用机制,分析了FA对MPC物理力学性能和微观结构的影响。结果显示,FA在MPC体系中体现了复杂的物理和化学效应。球形粉煤灰颗粒具有滚动轴承的功能,优化了MPC的流动性;FA不仅填充了MPC的微孔隙、微裂缝,还体现了“晶核效应”,为MPC水化提供了成核位点,促进水化产物鸟粪石(MgNH_(4)PO_(4)·6H_(2)O)的生成,使MPC的微观结构变得致密,从而提高了MPC的力学性能。此外,在水化热激活下,FA中的Al_(2)O_(3)会参与反应,生成少量磷酸铝相无定型凝胶。 展开更多

关键词 磷酸镁水泥 粉煤灰 作用机制 工作性 力学性能

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基于缩放设计及一体化仿真的漂浮式风机虚拟重构方法

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作者 贾玉超 邓石 +3 位作者 李帅 程正顺 胡志荣 杨灿 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期139-148,共10页

在漂浮式风机一体化设计中,由于整机厂商风机参数非完全公开,浮体设计单位仅能基于塔底载荷数据开展浮体及系泊系统设计。本文提出了一种基于风机缩放和一体化仿真的风机虚拟重构方法,通过对各参数进行趋势拟合,实现风机叶片及控制系统... 在漂浮式风机一体化设计中,由于整机厂商风机参数非完全公开,浮体设计单位仅能基于塔底载荷数据开展浮体及系泊系统设计。本文提出了一种基于风机缩放和一体化仿真的风机虚拟重构方法,通过对各参数进行趋势拟合,实现风机叶片及控制系统的关键参数重构,在“海油观澜号”7.25 MW漂浮式风电项目中使用;针对风机控制系统进行了优化设计,选取了合适参数以保证风机的平稳运行;最后进行一体化耦合分析以验证重构风机的动态响应是否满足精度要求。结果表明:该风机重构方法可以较好地重构目标风机关键参数,额定状态下功率达到7.25 MW,且动态气动性能稳定,功率曲线及推力曲线合理;基于重构风机的一体化仿真计算得到的重构风机与目标风机塔底主控载荷均值相对误差小于10%,塔底主控载荷吻合良好。该方法已通过“海油观澜号”的应用验证,为漂浮式风机浮体及系泊系统的工程设计提供了重要技术支撑。 展开更多

关键词 “海油观澜号” 漂浮式风机 虚拟风机重构 缩放设计 塔底载荷

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