基于CUDA的散货船稳性并行计算

为提高散货船配载仪中船舶稳性计算速度,通过使用CUDA(Compute Unified Device Architecture)对稳性计算过程进行并行加速。首先基于CGAL(Computational Geometry Algorithms Library)中的切片模块按肋位纵向切割船体型表面,得到每个肋位处横剖面型值数据;然后对横剖面型值数据进行等距偏移模拟板厚,得到各肋位处的外板数据;然后将外板数据发往GPU;在GPU中通过水线面和外板数据求解并行计算雅克比矩阵系数;最后将雅可比矩阵系数传回CPU,求解稳性方程组。     

基于三维设计数据的船舶湿面积计算

为提高船舶湿面积的计算精度,提出一种基于三维设计数据的湿面积船舶计算方法。首先通过CGAL几何算法库中的切片模块按肋位切割船体型表面,得到每个肋位处横剖面的型值数据;然后根据船舶工程中常用的平均板厚模拟船壳厚度,提出“型值等距平移法”进行等距偏移,得到各横剖面处的外板数据;再通过水线面和外板数据求交得到水下部分横剖面,最后利用纵向积分计算出船体湿面积。以散货船“SHANDONG REN HE”为例进行了实例计算。结果表明,和装载手册值相比,本文算法的最大误差为0.0422%。相比传统计算方法,提高了船舶湿面积的计算精度,适用于任意浮态,且实时性较好,具有一定的工程应用价值。     

基于GPU并行的液货船破损浮态计算

为了提高液货船破损浮态计算性能,提出一种基于图形处理器(graphics processing unit,GPU)的船舶破损浮态并行计算方法。通过对船舶三维模型切片,然后对所有切割肋位横截面做等距偏移和简化,得到船舶外壳和破损舱室的外板离线数据。在GPU中进行船舶外壳、破损舱室和水线面的求交计算。然后对雅可比矩阵系数分类进行并行计算,将计算得出的雅可比系数送回中央处理器(center processing unit,CPU)中求解船舶破损浮态方程。通过计算两种载况下的破损组合,与直接使用CPU计算相比,在保证计算精度的前提下,计算速度可提高9～14倍,有效提高了液货船破损浮态浮态计算的实时性。     

船舶数学放样(续二)

第三章三向光顺§1 三向光顺的基本任务手工实尺放样,首先是根据设计型值,在放样间地板上,以1:1的比例,对纵剖面、水线面、横剖面的线型进行三向光顺;然后画出三向光顺后的横剖面肋骨线型图;最后进行外板展开、结构放样等工作。这种放样,工作量很大,而且周期长,还要耗费大量木材。数学放样则是根据原设计型值,对横剖面、水线面、纵剖面上的各族型线,利用电子计算机进行光顺计算,使每根型线在三个面上的“投影”相吻合,或使其误差缩小到一定的允许范围。总的来说,三向光顺的基本任务是,计算三向光顺的站线型值,计算横剖面肋骨线型值,建立肋     

船舶复杂曲板水火成形难度评价系统的开发及应用

为解决船舶外板划分缺乏依据导致曲板加工成形困难的问题，开发船舶复杂曲板水火成形难度评价系统，并将其应用于实际船舶板件划分中。基于灰色关联分析法建立船舶外板成形难度评价模型，计算得到影响因素权重系数矩阵和曲板难度系数矩阵。基于VB.NET平台开发船舶复杂曲板成形难度评价系统，使其能与船舶常用设计软件Tribon连接，快速得到不同曲板的型值数据等；设计该评价系统的功能模块，提供简单直接的可视化界面，使其能快速地计算出不同船舶外板的预计加工成形难度。该系统能计算不同类型曲板的成形难度，对船舶外板加工成形难度进行合理量化，为设计人员进行板件划分提供参考。     

四面体方法在子母船浮态和稳性问题中的应用

子母船的横截面存在不规则非连通域，造成传统算法在浮态和稳性计算应用中存在较大困难。对此，提出一种计算子母船浮态和稳性的新方法：将子母船剖分成多个四面体，将四面体与水面的切割关系归为5种，计算每个四面体的体积和体积心，汇总得到整船排水体积和浮心坐标。在浮态计算方面，通过建立优化设计数学模型，求解得到水面方程。在稳性计算方面，通过求解浮力与重力作用线之间的距离得到稳性恢复力臂。通过数值算例对某登陆舰进行典型工况下的浮态和稳性进行计算。结果证明：该算法不需要计算横剖面几何要素即可得到子母船的排水体积和浮心，能避免子母船浮态和稳性的计算困难；该算法可单独建立子船和母船的四面体模型，通过“自由组装”的方式进行整船建模，在多工况建模时能体现出较强的优势。     

Vibration characteristics analysis of ring-stiffened conical shells based on power series method北大核心CSCD

[目的]旨在利用解析法求解环肋圆锥壳的振动方程,对环肋圆锥壳的振动特性进行理论研究。[方法]首先,对圆锥壳分段处理,将圆锥壳沿母线方向、环向和法向的位移分别写成幂级数解的形式,并推导出幂级数项前系数的递推关系式;然后,采用梁模型模拟不同环肋数对圆锥壳振动响应特性的影响;接着,将圆锥壳分段及其环肋边界条件、位移和内力矩阵进行组装求解,得到在外部简谐力激励下圆锥壳的振动响应特性,并将所得结果与ANSYS有限元数值方法的计算结果进行对比,验证所提计算方法的有效性。最后,运用所提理论方法进行环肋圆锥壳的振动特性分析。[结果]结果显示,圆锥壳安装的环肋可明显抑制圆锥壳的振动,具体表现为响应幅值降低、固有频率升高,且在相同频段内共振峰数量减小;增大壳体厚度会引起壳体振动响应幅值降低以及固有频率升高;此外,增大半锥角、轴线长度和环肋数均可降低环肋圆锥壳的振动响应幅值。[结论]研究表明,所用方法对环肋圆锥壳振动的理论研究具有一定意义。     

船舶在大风浪中横摇稳性变化的理论研究

对波浪中船舶横摇稳性的特点进行了介绍和分析，提出一种新的研究船舶发生大倾角横摇时的稳性力臂的方法，在运用逐步逼近法计算每个横剖面的左右侧浸深时，考虑了在横摇过程中由于船舶首尾不对称造成的纵倾对每个横剖面浸深的影响，以及横摇过程中所发生的纵倾运动对横摇稳性的影响。然后，根据波浪中重力与浮力平衡、纵倾力矩之和为零这两个条件来求取横摇稳性力臂值。     

FPSO液舱晃荡与船舶时域耦合运动数值模拟

液舱晃荡对船舶运动产生的影响经常被忽略或线性化处理,而当液舱液量较低时,船舶运动与液舱晃荡耦合的非线性性是极为显著的。通过对加入液舱内液体粘性影响的时域方程进行求解,分析FPSO模型船舶与液舱晃荡耦合运动,并将求解结果与试验数据和频域方程求解结果进行对比。首先,采用Hydrostar软件基于频域势流理论得到水动力系数以及波浪载荷。然后,通过脉冲响应函数法(IRF)在时域积分得到波浪辐射力。最后,计算船舶与液舱晃荡耦合运动。一方面,通过CFD软件Fluent模拟液舱晃荡,获取晃荡所产生的力及力矩,并以外力形式加载于船体,得到船舶运动响应;另一方面,在船舶运动仿真计算结果的基础上求解液舱晃荡运动。结果显示:这种计算船舶与液舱晃荡时域耦合运动的方法较频域计算方法更为精确,且得到的船舶幅值响应算子(RAO)也符合试验结果。     

大纵横倾耦合状态下舰船稳性算法研究

分析传统稳性算法的原理及缺陷,针对舰船航行状态复杂、稳性计算精度要求高的特点,提出一种适合大纵横倾耦合状态下的舰船稳性算法,通过建立并求解平衡方程的方法得到准确的稳性数据.     

水介质中复合材料壳板结构的声学设计

将复合材料壳板代替钢质壳板，建立了复合材料壳板结构的水中声学计算模型。从水声波动学方程出发，推导了不同终端边界条件下的传递矩阵、声反射系数和吸声系数，并通过试验研究证明了运用传递矩阵法进行声学设计的可靠性；考虑表层阻抗，吸声层厚度、损耗因子，及水层厚度的影响，应用数值方法对水中复合材料壳板结构进行了声学设计，分析了各参数对结构反射系数和吸声系数的影响规律。     

基于切片技术的点云数据预处理研究

针对扫描点云杂乱无序的特点，讨论了点云数据预处理的问题，提出了一种新的基于点云切片的数据预处理迭代算法．通过对点云最小包围盒进行均匀分割及分割后点云的密度分析，对密度过大的分割块进行迭代分割，建立了3个方向的点云切片和截面线．结果不仅大大减少了点云数据量，并且在点云密度过大的区域很好地保持了模型的原始特征，同时将原始的无序数据点集转化为具有层列结构的有序组织形式，确定了各点之间的相互关系，为后续曲线曲面拟合做了很好的准备．     

径向激励作用下有限长双层圆柱壳声振传递特性研究

文章利用Donnel壳体方程描述双层圆柱壳振动,以附加阻抗的形式表示环肋、实肋板以及水介质等对壳体的力作用,结合内外壳振动位移模态展开形式,建立了双层圆柱壳内外壳之间的声振传递矩阵。同时开展了双层圆柱壳外壳均方速度响应仿真分析,验证了双层圆柱壳内外壳振动响应之间存在固定的传递关系,不受激励源特性影响,为双层圆柱壳辐射噪声预估提供了一定的理论指导。     

环状粘弹层合悬臂薄壁圆柱壳的振动特性研究

文章采用传递矩阵法分析了悬臂边界条件下环状局部覆盖粘弹层合薄壁圆柱壳的振动特性。基于乐甫薄壳理论,结合粘弹性阻尼的变形协调关系和层间作用力关系,建立了基层和约束层薄壁圆柱壳的一阶状态微分方程,利用传递矩阵法推导了结构的整体传递矩阵,并通过高精度的精细积分方法进行求解,得到了固有频率、损耗因子和三维振型,探讨了约束阻尼层位置变化时对振动特性的影响,并通过有限元法进行了比较,通过算例验证了传递矩阵法对模态特性分析的有效性,前25阶模态以周向振动为主,最低阶固有频率对应的三维模态振型为(1,5),并且在悬臂端的振动位移最大,约束阻尼层覆盖位置对薄壁圆柱壳振动特性的影响较大。     

带大开口观察窗的球形耐压壳的稳定性分析

球壳的结构性能对缺陷很敏感。在实际工程问题中所制造的球壳模型由于带有几何上的不完善,其结构性能的分析相对无缺陷模型更为复杂。为研究带大开口球壳结构的稳定性,对冷冲压加工的带大开口的球壳进行了详细的几何测量,据此建立有限元模型,进行了包含接触面滑动、几何大变形、材料非线性等特性的屈曲分析,并用半经验公式对局部缺陷做了稳定性计算,由此得出一些可供设计使用的带大开口球壳结构性能的规律与结论。     

斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构声学设计

建立了二维空间声波斜入射条件下水中隐身夹芯复合材料结构的声学模型;从水声波动方程出发,推导了斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构的声传递矩阵,及终端自由边界条件下的声反射系数和吸声系数表达式;对水中目标的隐身夹芯壳板结构声学系统进行了垂直入射声学试验,试验结果与传递矩阵法数值计算吻合较好;对试验声学系统进行了斜入射下声学性能数值计算,分析了入射角对反射系数和吸声系数的影响;考虑斜入射下夹芯层厚度、密度、损耗因子、及水层厚度等对水中目标隐身壳板结构反射系数和吸声系数的影响,应用数值方法对水中隐身夹芯复合材料壳板结构进行了声学设计;考虑吸声夹芯层总厚度一定,对梯度阻抗夹芯进行了声学设计,分析了梯度夹芯层材料参数和几何参数对隐身结构声学性能的影响。结果表明:水中隐身夹芯复合材料壳板结构实现了承载和隐身的一体化,具有较好的声隐身效果。     

基于传递矩阵法的纵肋圆柱壳振动特性计算

基于传递矩阵法,结合振动微分方程,提出一种计算纵肋圆柱壳自由振动特性的周向传递矩阵法.该方法基于板壳理论和圆柱壳振动控制方程,推导出圆柱壳周向传递的场传递矩阵和纵肋处的点传递矩阵,结合圆柱壳边界条件,得到频率方程,利用精细时程积分法原理,可保证计算的精度.将计算结果与有限元解进行比较,验证方法的有效性,同时比较传递矩阵...     

静水压力下变厚度圆柱(锥)壳结构强度分析

文章将变厚度圆柱(锥)壳简化为轴对称的二节点单元,根据平衡方法推导了该结构的单元刚度阵与载荷阵,建立了求解静水压力下变厚度圆柱(锥)壳结构强度的解析单元法(AEM)。利用该方法对一个简单的变厚度锥柱接合壳算例进行了计算并与有限元方法的计算结果进行了比较。研究表明,文中提出的AEM法可以对静水压力下变厚度锥壳结构强度进行准确分析。该方法可以推广到各种轴对称压力作用下的变厚度圆柱(锥)壳结构强度分析。     

Calculation method of underwater acoustic and vibration response of cabin segment based on onshore vibration test北大核心CSCD

[Objective]This paper proposes a method for calculating the acoustic and vibration response of underwater cylindrical shell structures based on land-based vibration test results.[Methods]An axisymmetric boundary element method (BEM) is introduced to describe the radiation acoustic field of the shell. The relationship of acoustic pressure at the nodal point of the generatrix with velocity is obtained by solving the numerical solution of the boundary element integral equation, then the acoustic radiation impedance matrix of the outer surface of the shell and acoustic transfer vector (ATV) are constructed. Based on the assumption that the low-order vibration mode of an underwater cylindrical shell is the same as that of an onshore cylindrical shell, combined with the modes and acoustic radiation impedance matrix of an onshore cylindrical shell, the modal added mass and damping are calculated. [Results]The natural frequency calculation formula of the underwater cylindrical shell is established on the basis of the onshore mode, and the calculation method of underwater vibration response and acoustic radiation characteristics with the vibration response in air as input is obtained based on mode superposition method.[Conclusion ] The numerical results of a typical cylindrical shell with internal structure show that the method meets the engineering accuracy requirements. © 2023 Chinese Journal of Ship Research. All rights reserved.     

双层变厚度带肋圆柱壳的整体结构矩阵分析

本文提出了均匀外压下的由圆环板正交连接的双层变厚薄壁圆柱壳的整体强度解析计算方法，利用圆环板与内、外圆柱壳正交连接的变形协调条件，把每跨双层壳作为整体，建立双层圆柱壳段的平衡方程，运用相关矩阵分析手段和相邻壳段的连续条件，将壳段平衡方程组集成待定参数的总体方程。从壳体封端的边界条件出发，计入不同规格的环肋、纵筋、中间支骨、圆环板及其径向筋、周向筋等构件的刚度，囊括了结构纵向上的全部性能，该方法可以准确、简便地求解从单层壳到双层壳各跨段任何部位、构件的挠度和应力，并捕捉结构的薄弱部位。