岸边集装箱起重机安全销拉桩优化设计

根据大型岸边集装箱起重机对安全销拉桩的性能要求,设计了新型拉桩结构,并基于有限元仿真分析结果,对局部结构进行了改进。为得到更加轻量化的结果,将响应面法引入到结构板厚优化中,根据全因子试验设计的样本点及其响应,构建了性能约束函数的二次多项式响应面模型,通过优化算法求解得到最终的设计板厚,在确保安全销拉桩性能的同时可减轻自重。     

基于响应面的可变复杂度方法在桁架式Spar平台方案设计中的应用

多学科设计优化在实际应用中,几乎都采用了可变复杂度方法(variable-complexity method,VCM)来平衡计算成本和计算精度.然而,VCM通常需要计算大量的初始样本点以保证精度.为降低VCM对初始样本点的依赖,文中提出了一种基于响应面更新的可变复杂度方法.以桁架式Spar平台的多学科设计优化为例,首先根据试验设计选取样本点,采用数值方法计算平台的各项性能,建立了响应面模型;应用协同优化算法求解,并通过响应面的不断更新提高精度,在此基础上应用可变复杂度方法校正响应面分析结果.计算结果表明:基于响应面更新的可变复杂度方法可在较少初始样本点情况下,获得较高精度的计算结果.     

基于改进AK-MCS法的船舶板架极限强度可靠性分析

[目的]船舶结构极限承载能力不足会导致海损事故,为此提出改进AK-MCS法,用于船舶结构极限强度可靠性研究。[方法]通过引入信息熵中的学习函数H对样本点进行二次寻优,以提高最佳样本点的质量,从而提高Kriging模型的精度和更新效率;采用K折交叉验证替代AK-MCS法的迭代停止准则,解决原本迭代停止准则过于保守的问题,以有效避免发生过学习和欠学习状态,从而以较少的样本点训练Kriging模型,实现对极限状态函数的高度拟合。使用非线性振荡器数学模型进行验证,并将改进AK-MCS法应用于船舶板架的极限强度可靠性研究。[结果]仿真结果表明,改进AK-MCS法调用有限元模型的次数比原方法减少了38%,验证了改进AK-MCS法的求解效率和精度。应用结果表明,该方法的计算精度最高,且调用有限元仿真次数比原方法减少32%,验证了改进AK-MCS法在船舶板架极限强度可靠性研究中的适用性和高效性。[结论]使用改进AK-MCS法研究船舶板架极限强度的可靠性,可评估船舶实际航行中局部结构尤其局部较危险结构的失效概率。     

基于多目标遗传算法的潜器外形优化设计

计算流体力学软件应用于潜水器外形优化设计时,精度虽高,但效率低下。因此研究了试验设计和响应面模型技术,提出了一个潜水器外形优化设计的策略。其基本思想是:首先应用Gambit软件的日志文件建立起水动力分析模型,然后根据设计要求选取设计变量,用试验设计的方法在设计变量空间里选取样本点并进行阻力性能计算,得到各样本点的响应,并建立阻力、包络体积的二阶多项式模型响应面模型。潜水器设计时需要考虑能源与设备布置要求,因此将阻力与体积作为艇型优化的两个目标,研究了多目标遗传算法,并给出了Pareto最优解集。结果表明,文中采用近似模型的艇型优化过程,不但效率得到提高,精度也能得到保证,而且由CFD结果建立的阻力估算公式可以为后续设计带来很高的参考价值。     

基于晌应面法的带肋圆柱壳结构强度可靠性分析

文章首先介绍了响应面法的基本原理,在有限元结构分析的基础上应用响应面法建立了带肋圆柱壳结构的强度失效方程,并将响应面法与一次二阶矩法相结合,解决了参数的当量正态化和独立化问题,最后应用此理论对带肋圆柱壳结构的强度进行了可靠性分析。计算结果表明,基于响应面法的一次二阶矩法具有较好的计算精度。     

基于改进MPS方法的三维时域水弹性计算模型

本文在作者已有的二维改进MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法基础上进行了三维拓展(主要包括三维自由面粒子判断),并通过将计算得到的三维溃坝问题结果与文献中实验结果相对比,验证了所发展模型的准确性。在结构响应计算方面,将刚性和柔性模态耦合并计及相互影响。在此基础上,将流体和结构部分通过迭代方式耦合,从而实现强流固耦合计算。最后,应用上述模型对涉及大刚体位移叠加弹性变形的三维方梁的强非线性时域水弹性问题进行了计算,验证了模型对此类问题的有效性。     

基于ANSYS的高桩墩式码头可靠度分析

利用ANSYS有限元分析软件自带的概率设计系统(PDS)中的响应面法,对某一实际工程中的高桩墩式码头进行了三维有限元分析,得到结构的响应面方程。再利用Matlab软件结合验算点法(JC法),通过迭代搜寻验算点,最终求得了结构在各项外部荷载及其自身重力作用下的结构可靠性指标。由于结构的极限状态方程未知J,C法无法正常使用。根据ANSYS中响应面法的计算原理,采用了一种新的方法将上述荷载正态当量化。此外,还进行了高桩墩式码头可靠度的敏感性分析,得到了敏感性因素。计算结果与实际情况符合较好,可为高桩墩式码头的结构设计校核提供参考依据。     

代理模型技术及其在船舶板架强度和稳定性计算中的应用

对比分析了Kriging、径向基函数、多项式响应面三种代理模型在不同样本点比例和不同样本点空间分布下对4类典型数学函数的拟合精度和推广能力。研究结果表明,Kriging模型对典型数学函数具有较好的适用性和推广能力,径向基函数次之,多项式响应面的适应能力不足。在此基础上,基于Kriging方法构造了船舶双层底板架强度和稳定性计算代理模型,讨论了低样本点比例下Kriging模型代替有限元计算分析的适用性以及不同样本点空间分布对代理模型近似误差的影响。计算结果表明,在低样本点比例下一个均匀齐整的样本点空间分布更利于保证代理模型的精度。在所选取的样本点比例下Kriging模型对船舶板架强度和稳定性计算的适用性较好,近似误差满足工程精度要求。     

结构可靠度分析的智能计算法

模糊数学、神经网络、遗传算法并称为智能计算方法.对功能函数没有明确表达式的问题进行可靠度分析,本文提出了基于响应面重构的智能计算法,即构造一个模糊神经网络响应面并采用遗传算法进行可靠度计算.算例分析表明,该方法与传统的二次多项式响应面方法相比,计算精度较好,可大大减少有限元分析次数.该方法用于大型复杂海洋工程结构的可靠度分析,可相应提高工作效率和解题质量,具有实际应用价值.     

基于响应面法的鲁棒可靠性研究

本文将鲁棒可靠性理论与响应面法相结合,提出了一种计算复杂系统的鲁棒可靠性的数值算法,由于不用计算导数,计算相对比较简单,可有效提高计算效率,从而拓宽了鲁棒可靠性理论的应用范围.同时,对鲁棒可靠性的指标进行了改进,提出了鲁棒可靠性因子的概念,使凸模型更好地与已知的信息相结合,在一定程度上克服了原有鲁棒可靠性理论上的不足.数值算例表明所提出的方法在计算复杂系统鲁棒可靠性的有效性.     

RSM-FORM 的改进与环肋圆柱壳结构的可靠性计算(英文)

文章在用有限元法对结构进行强度计算和分析的基础上,应用RSM确定了环肋圆柱壳结构强度失效的功能函数;在对相关可靠度理论进行研究的基础上,将RSM与FORM相结合,对FORM进行了改进,解决了当量正态化和参数独立化问题,保留了功能函数的二次项,使计算精度满足实际工程的需要;最后用RSM-FORM对环肋圆柱壳结构强度的可靠性进行了计算分析,计算结果表明,RSM-FORM具有较好的计算精度。     

能量法估计全息面信噪比研究

在近场声全息技术中,全息面信噪比是一个非常重要的参数,但无法直接测量得到.为了解决该问题,给出了基于能量法的波数域内信噪比估值公式,并根据该公式分析估值误差的来源,指出全息面采样间隔对估值具有重要影响.为了判别估值是否准确,提出了选取全息面不同区域的数据进行重复估计的判别方法.当估值不准确时,指出可以通过减小全息面采样间隔来降低估值误差.仿真给出满足不同误差条件的不同采样间隔所对应的最大信噪比估值,可作为实际应用中的参考.     

Hydroelastic analysis of oblique irregular waves with a pontoon-type VLFS edged with dual inclined perforated plates

The fluid-structure interaction of oblique irregular waves with a pontoon-type very large floating structure (VLFS) edged with dual horizontal/inclined perforated plates has been investigated in the context of the direct time domain modal expansion theory. For the hydroelastic analysis, the boundary element method (BEM) based on time domain Kelvin sources is implemented to establish water wave model including the viscous effect of the perforated plates through the Darcy’s law, and the finite element method (FEM) is adopted for solving the deflections of the VLFS modeled as an equivalent Mindlin thick plate. In order to enhance the computing efficiency, the interpolation-tabulation scheme is applied to assess rapidly and accurately the free-surface Green function and its partial derivatives in finite water depth, and the boundary integral equation of a half or quarter VLFS model is further established taking advantage of symmetry of flow field and structure. Also, the numerical solutions are validated against a series of experimental tests. In the comparison, the empirical relationship between the actual porosity and porous parameter is successfully applied. Numerical solutions and model tests are executed to determine the hydroelastic response characteristics of VLFS with an attached anti-motion device. This study examines the effects of porosity, submerged depth, inclined angle and gap distance of such dual perforated anti-motion plates on the hydroelastic response to provide information regarding the optimal design. The effects of oblique wave angle on the performance of anti-motion and hydroelastic behavior of VLFS are also emphatically examined.     

AUV cluster path planning based on improved RRT* algorithm北大核心CSCD

[目的]针对微小型欠驱动自主式水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)集群控制问题,设计一种基于改进RRT^(*)算法的编队控制策略。[方法]RRT^(*)算法规划的路径陡变难以跟踪且收敛速度较慢,针对该问题提出改进方法。首先加入偏置函数使随机采样点靠近目标点,然后采用Dubins曲线平滑连接采样点,通过在可变半径范围内重新布线,并设计有关曲线长度与避障的代价函数,选择最优路径。依据代价和最小值为多AUV分配集结点,协调多AUV速度完成最小集结时间约束,随后设计基于Dubins路径的分段向量场构造方法,使得多AUV跟踪规划路径,到达目标集结点时速度与方向保持一致。[结果]仿真结果表明,多AUV编队平均路径长度缩短26.6%,平均集结时间缩短21.7%。[结论]该算法路径规划质量高,可顺利完成编队集结任务。     

复合材料层合结构悬臂梁振动特性试验

以复合材料层合结构悬臂梁为研究对象，推导层合结构悬臂梁振动特性公式，计算层合梁的低阶固有频率。采用电测和光测两种试验方法，对复合材料层合结构悬臂梁的振动特性开展研究，并分析不同测试方法、传感器类型、测点数量、激励方式等对测试结果的影响。将理论与试验相结合，得到一种可应用于复合材料层合结构悬臂梁振动测试的试验方法。综合比较电测法与光测法中所有悬臂梁振动测试的试验方法，研究结果表明采用光纤式激光测振仪为优选。光纤式测振仪光学头与被测试件的垂直距离为0.5 m，采用锤击瞬态激励方式的采样时间为5 s，由该方法测量取得的悬臂梁振动试验数据误差最小。     

Multiple USV cooperative algorithm method for hunting intelligent escaped targets北大核心CSCD

[目的]针对无人艇协同围捕过程中逃跑目标具备智能性,现有无人艇策略难以围捕成功的问题,提出一种基于双层切换策略的多无人艇协同围捕算法。[方法]第1层围捕策略采用改进势点法,以无人艇与势点的总直线距离最小为优化目标,采用匈牙利算法为无人艇动态分配势点,并采用人工势场法实现无人艇的协同避碰;第2层围捕策略利用了阿波罗尼奥斯圆的性质,在两艘无人艇前往逃跑目标的目标点进行拦截,剩余无人艇运动方向保持与逃跑目标相同,以不断缩紧包围区域;为应对逃跑目标不同的逃跑方式,第1层围捕策略和第2层围捕策略可互相转化。[结果]仿真实验表明,该算法相较于顺序分配势点算法和极角分配势点算法,围捕时间更少或持平,证明了该算法的有效性和先进性。[结论]该多无人艇协同双层围捕算法,对具备典型智能性的逃跑目标具有围捕效果。     

A numerical study on the installation configuration design of compliant vertical access riser (CVAR) in deepwater

In oil and gas transportation, the compliant vertical access riser (CVAR) system conducts economic and operational advantages due to its special configuration. In this paper, the static performance of the CVAR is studied by an efficient numerical method. According to the unique configuration of the CVAR, the mathematical model is established based on minimum total potential energy principle. The equilibrium equations are discretized by finite difference method and then solved by Newton-Raphson technique. The accuracy of the numerical method is verified by OrcaFlex software. Detailed parametric analysis is carried out based on practical engineering requirements. The effects of buoyancy section's configuration including buoyancy factor, buoyancy section's length and buoyancy section's location, and external environmental factors including wellhead offset distance, water depth and current velocity on installation shape and mechanical properties of the CVAR are analyzed. The research shows that the presented numerical method has good applicability and flexibility for the early installation configuration design of marine risers which have no touchdown section but only one touchdown point and are equipped with multiple buoyancy blocks subjected to forces of different directions and magnitudes, such as CVARs.     

基于速度势迭代的面元法预报对转桨性能

采用基于诱导速度势迭代的面元法预报对转桨的定常水动力性能,在计算中,前桨和后桨的相互干扰通过影响系数实现;前桨尾涡面距后桨表面太近时的异变影响系数通过Lagrange插值求出。同时采用基于诱导速度迭代的面元法预报对转桨水动力性能,并与基于诱导速度势法进行对比,计算结果表明,采用诱导速度势迭代的方法计算的结果与试验值吻合良好。与基于诱导速度迭代的方法相比,计算结果精确,且可以节省计算时间。     

半无限开敞水域船舶水动力系数问题研究

在解决三维浮体靠泊的水动力问题时,正确处理浮体和壁面之间的相互作用是分析计算的关键所在。文章运用边界元法和叠加格林函数法对箱型浮体的靠泊问题进行求解,通过与SESAM软件对比分析浮体水动力系数的结果,验证这种方法编写的程序计算结果的精确度。并通过改变浮体与壁面之间的距离,计算壁面对三维浮体的影响,并对计算结果进行分析。