非均匀采样潜艇耐压壳体测量数据处理方法

在役潜艇的建造和修理需要检测其耐压壳体的截面圆度,因现场条件限制或多设备融合测量,测量采样点经常呈现非均匀性,导致最小二乘圆拟合的结果与实际情况不符,研究旨在减小非均匀采样带来的影响,提高拟合圆的精度。基于非均匀采样定权提出一种非均匀采样加权总体最小二乘圆拟合方法,同时考虑观测向量和系数矩阵都有扰动,用于潜艇耐压壳体测量数据的处理。通过对4种不同预设形状的采样分析数值实验表明,该方法能提高非均匀采样情况下圆拟合的精度,但当随机误差加大至1.5 mm,该方法不能完全优于最小二乘法。非均匀采样加权总体最小二乘圆拟合法计算得到的圆心偏差及半径偏差都比最小二乘法的结果更小,具有较好的工程实用价值,可用于在役潜艇耐压壳体圆度测量非均匀采样时的圆拟合计算。     

基于稳健最小二乘圆拟合的耐压壳体初挠度测量方法

针对耐压壳体初挠度计算过程中,由于人为误差造成测量值偏离,从而影响初挠度计算精度的问题,在利用标准偏差进行异常点自动判断的基础上,构建了基于最小二乘圆拟合的稳健初挠度计算方法。通过MATLAB将算法实现,代入工程实测数据,从初挠度计算的稳定性方面与最小二乘法进行对比,验证了算法的可行性和正确性。     

深海逃逸舱耐压球壳结构形状测量及拟合方法

对逃逸舱模型耐压球壳结构的径向初挠度和板厚分布进行测量,推导球面形状拟合算法并编制了Matlab拟合程序,基于激光跟踪仪测得的球壳外表面各点笛卡尔三维直角坐标数据拟合了球面半径、球心位置,计算各点的径向初挠度,并结合各点的测厚数据确定球壳的初始几何形状。利用Matlab绘制球壳初挠度和厚度的彩色分布云图,采用半球模压成型的球壳一般半球顶部区域壳板减薄较多,而赤道附近增厚明显,测点的径向初挠度数据大致服从正态分布规律。     

智能激光圆度测量仪研究

在现有的科技水平和建造工艺下,舰船的耐压壳体在制造过程中,不可避免的要产生一定的壳圈初绕度。目前,国内耐压壳体径向初绕度一般采用激光圆度测量法,但是这些方法的测量难度大且测量数据没有实现自动化处理。该文设计了一种智能激光圆度测量仪,测量方便,可以实现测量数据的自动处理。通过试验研究,研制的智能激光圆度测量仪硬件及配套的智能激光圆度测控系统软件,广泛用于我国船舶的生产实际中,提高了监测和建造质量。     

潜艇耐压壳体圆度测量

通常测量潜艇耐压壳体圆度的方法有:假设测量中心的测量杆测量法,桥形规横动法,准直望远镜光学矩形法,经纬仪偏转角法和内刮规法等。这些测量方法,有的测量精度低,不能满足测量精度要求;有的测量麻烦,测一个截面的圆度误差需一天的工时;有的只能测量连续的整圆截面,对于一些内部有平台板等已焊结构,外部有龙骨和非耐压船体的截面——非连续测量截面,就很难测量,而一般潜艇的所测截面往往都是非连续测量截面(如图     

潜艇耐压结构径向初挠度计算方法试验

针对评定潜艇肋骨初挠度时寻找评定中心不准确的现状,本文利用全站仪进行测量获取母线划分点的二维坐标,并采用评定圆度误差的4种方法的拟合圆心作为初挠度的评定中心对其初挠度进行评定。试验结果表明,最小区域圆法评定精度最高,最小外接圆法和最大内接圆法的评定精度次之,最小二乘圆法评定精度最低。不同的工况可以选择适合的方法,可以提高潜艇耐压结构的建造效率与质量。     

基于三维点云的加筋圆柱壳体圆度测量及初挠度计算

加筋圆柱壳体的圆度是保证其抗压强度的重要指标之一。针对传统圆度测量中基于等分点进行激光测量的方法存在效率低、空间有限条件下操作性差等问题,提出了一种基于三维点云数据的圆度测量及初挠度计算方法。该方法通过自动扫描以获取离散的空间点云数据,然后以点云数据为基础,采用肋位特征点定位、剖面投影以及圆拟合等处理方法,对特定肋位测点的初挠度进行计算。结果表明:该方法与等分测量法获得的初挠度计算结果相吻合,可有效提高圆度测量的效率。     

耐压壳非圆度偏差检测研究

耐压壳是水下航行器的主要构件,其热膨胀系数大,刚度大,厚度大,易造成焊接变形.文章利用工程数学分析推导了耐压壳非圆度偏差计算、换算及简化方法,编制了偏差计算程序.研究结果为降低制造误差提供了依据.     

初始缺陷对不同深度载人潜水器耐压球壳极限承载力的影响

大深度载人潜水器耐压壳是保证其完成预定功能的最基本部件,研究初始几何缺陷,其中包括弹性屈曲模态缺陷、局部缺陷、整体圆度偏差和壳板厚度偏差,对不同深度载人潜水器耐压壳体承载力的影响乃是极其必要的。通过对不同深度潜水器的有限元分析,得出了不同深度耐压壳体受初始缺陷影响的曲线,可以确认缺陷范围处于临界弧长时结构的承载力最弱。     

潜艇耐压壳圈初挠度测量方法研究

在使用全站仪测量潜艇耐压壳圈初挠度的方法基础上,提出转站测量方法,使得在不同肋位测量的数据可转换到同一坐标系下,然后计算拟合平面和投影点,最后根据最小二乘原理得到各等分点的初挠度,该方法测量简单,精度较高。     

基于三维激光扫描的动态沙方量测量及点云修正

针对水路运输中传统沙方量测量方法精度差、耗时多的问题,提出基于三维激光扫描技术的动态沙方量测量方法。采用静态标定实验得到三维激光扫描系统在沙方测量试验中相对误差为2.46%,满足现场测量要求,然而在动态测量实验中由于扰动误差的存在,使得测量误差超过允许范围,因此需对点云进行修正,降低扰动误差的影响。选取曲面拟合法对静态测量所得点云进行分析,实验数据与拟合数据吻合度为99.8%,从而验证了曲面拟合在修正点云中的适用性。动态扫面点云修正结果显示,动态测量相对误差由修正前的5.37%减小至2.97%,处于现场允许误差3%以内,从而进一步验证了三维激光扫描技术用于沙方量的动态测量的可行性。该方法充分发挥了三维激光扫描技术高精度、高效率和高速等特点,不仅在行船过程中可快速获取沙方量,同时可获取扫描对象三维空间内的详细信息进行数字化建档。     

潜艇锥柱结合壳焊趾表面裂纹疲劳寿命计算

随着潜艇用钢屈服强度的不断提高，潜艇耐压壳体的直径及锥壳的半锥角的不断加大，潜艇耐压壳体锥柱结合壳连接焊接焊趾处的疲劳寿命已越来越受到设计人员的重视，但目前还没有可靠的设计方法可以遵循。针对潜艇锥柱结合壳连接焊缝处的受力特点为压弯结合应力，在分析了平行于裂纹面的应力，曲率的约束以及液楔的作用对潜艇焊趾表面裂纹疲劳寿命的影响进行分析后认为，潜艇锥柱结合壳焊距表面裂纹疲劳寿命计算可以采用对压应力进行修正的应力强度因子计算模型。本文给出了对压应力进行修正的应力强度因子计算式，在此基础上提出了一套能考虑焊距的外应力集中以及爆接残余应力等影响的受压弯应力焊接结构焊趾裂纹疲劳寿命计算方法，对初始表面裂纹形状和大小对疲劳寿命的影响进行了系列计算，计算结果表明，本方法预报出的疲劳寿命与实验结果在量级上是吻合的，但在推向实用之前还需要做更多的实验验证。     

结构型式对双层壳声辐射特性影响研究

基于有限元及边界元法，运用有限元计算软件ANSYS和声学软件SYSNOISE，通过对圆柱壳体结构形式（耐压壳板的厚度、肋骨的布置）的改变，分析了结构形式对水下结构辐射噪声的影响，找到了结构型式改变对其结构辐射噪声的影响规律。同时研究了圆柱壳不圆度对结构振动和声辐射的影响，结果表明圆柱壳不圆度的存在，一定程度上加强了水下结构的振动，且壳体截面的不圆度越大，结构的辐射声功率越大。这对降低水下航行体的噪声具有重要研究价值。     

环肋圆柱壳径向挠度测试新方法

对水下航行器加肋圆柱壳的受力及挠度变形规律进行研究,提出一个利用应变作为媒介测试服役中水下航行器壳板挠度的新方法。该方法通过在圆柱壳周向布置若干个应变传感器,即可由壳体应变获得壳体的径向挠度。设计验证挠度测试新方法的数值试验模型及方法,应用经典解析理论验证了数值试验模型的可靠性及方法的适用性;利用数值试验模型对所提出的挠度测试新方法进行"数值试验"验证。结果表明,利用该方法获得的目标数据具有较好的精度,能克服当前船厂常用挠度测试方法仅能在船台操作、需固定基准点和测量精度较低的局限性,特别适用于服役中水下航行器结构健康监测、安全评估所需的在线挠度测试。     

水下耐压壳体结构可靠性的设计方法

在水下耐压壳体的环肋圆柱壳结构设计中,为了保证结构的强度和稳定性,几何参数的确定必须要满足规范所要求的五个约束条件.完工后的几何尺度与设计几何尺度存在着一定的误差,可将这些误差分布密度函数认为服从正态分布,利用其约束条件结合可靠性理论建立环肋圆柱壳耐压壳体可靠性分析方法,以实际测量中统计得到的数据为已知条件给出了可靠度计算方法.     

盲孔法测量921A钢焊接残余应力的应变释放系数研究

根据盲孔法测量残余应力的基本原理和孔边塑性变形修正方法，分别对盲孔法测量921A钢焊接残余应力时的应变释放系数A、B进行实验标定，通过试验得出了921A钢盲孔孔边塑性变形对测量精度的影响和盲孔法测量921A钢焊接残余应力的塑性修正公式；并对实验标定应变释放系数与通孔应变释放系数理论解进行比较，表明试验结果与通孔应变释放系数理论值有较好的一致性，测量结果经塑性修正，最大误差减小到2．5％以下，试验结果可以直接在盲孔法测量921A钢焊接残余应力工程实际中应用。     

多学科优化中的近似模型及其在艇体结构优化中的应用

近似技术是多学科设计优化关键技术之一。系统介绍多学科设计优化中常用的3种近似模型:响应面模型(Response Surface Methodology,RSM)、Kriging模型、径向基函数(Radical Basis Function,RBF)模型。对比分析3类近似模型在典型数学函数不同维度下的拟合性能。结果表明,Kriging模型的综合拟合性能最优,RBF模型次之,RSM拟合性能不佳。在此基础上,通过拉丁超立方试验设计选取样本点,基于Kriging模型构造潜艇平行舯体某舱段耐压壳体结构响应的近似模型,应用粒子群优化算法完成了耐压壳体结构轻量化设计。最优化设计方案质量较初始方案减少了11.99%。     

船台测量场中多级转站的不确定度

对在船台测量场内利用全站仪进行多级转站测量时误差的传递过程进行研究,分析误差的来源及其累积方法,建立转站过程中误差传递的数学模型,并据此推导出多级转站测量的系统误差传递公式及其不确定度估计公式。采用蒙特卡洛方法开展考虑全站仪测量误差的多级转站过程仿真试验,并将仿真结果与计算结果相对比。结果表明,提出的误差估计方法能较好地反映多级转站时误差的传递过程和不确定度的分布规律。     

环壳过渡对潜艇锥-锥连接结构强度和稳定性的影响

[目的]为解决潜艇耐压结构中两个不同锥角的圆锥壳结合处的应力集中问题,提出一种锥-环-锥新型结构形式,并探讨该连接结构的影响、锥-环-锥结构的可行性和适用的锥角范围。[方法]运用ANSYS有限元软件建立系列不同锥角的加肋锥-环-锥与锥-锥结构模型,以得到上述2种不同锥角的结构过渡段的典型应力、舱段弹性稳定性情况。通过对比分析,得出环壳过渡对不同锥角下的锥-锥结构力学性能的影响规律。[结结果]结果表明,左、右锥壳锥角差值越大,通过环壳降低峰值应力的作用更大,当两侧锥角差值大小γ1-γ210°时,使用环壳过渡的作用较小;半径较大一侧锥角较小时,锥-环-锥与锥-锥结构的失稳发生在过渡段半径较小一侧的锥壳,而锥-环-锥结构的稳定性优于锥-锥结构;半径较大一侧锥角较大时,结构失稳发生在半径较大的锥壳,且锥-环-锥结构的稳定性与锥-锥结构一致。[结论]研究结果可为锥-锥连接结构的设计及物理试验提供参考。     

船用板材自由场声学测量试验方法

为了有效评估大样品船用板材水下声学性能,在室内消声水池中模拟开展了钢板试件验证性试验,给出了船用板材水下声学性能测量方法,通过与理论公式结果进行比较,确定了误差的范围,验证了方法的有效性,并结合不确定度分析对试验结果进行分析。将该方法应用到船用板材透声性能的测量中,具有一定工程意义。