考虑船体变形的INS/GPS/CNS组合系统研究

针对船体变形对INS/GPS/CNS组合导航系统的影响,研究了船体变形的抑制、变形测量以及补偿方法.对船体变形特性以及变形对组合系统的影响进行分析研究,建立了船体变形的数学模型;提出了船体变形的补偿方案,进行了考虑船体变形的联合卡尔曼滤波器设计.仿真结果表明,所提出的船体变形补偿方法是切实可行的,有效地克服了船体变形对INS/GPS/CNS组合系统的影响,保证了系统的精度.     

基于角速率匹配法的船体变形实船测量技术研究

针对船体变形测量技术大多处于理论仿真的局限性,提出了基于实船试验的船体变形测量技术,考虑到测量速度的需要及静态变形角缓慢变化的特征,推导了基于角速率匹配法"准静态"模型。采用Kalman滤波技术对Mochalov模型和"准静态"模型下的变形角进行了估计,从实船试验的角度验证了船体变形的产生原因,拓展了"准静态"模型适用范围,进一步分析了舵操作对船体变形角的影响。试验结果表明,"准静态"变形角对缓变静态变形角跟踪效果良好,提高了静态变形角的测量精度,为光纤陀螺船体变形测量技术的实际应用奠定了坚实的基础。     

摄影测量技术在基于图像的船体变形测量技术的应用

船舶船体结构的稳定性是影响船舶航行的关键因素,受多种因素的影响,船体易出现变形问题,增大导航系统中参数的误差。为及时发现船体变形问题,要采用摄影测量技术对船体变形进行连续检测,快速识别坐标误差和修正,以保证船体结构的稳定性,有效控制船体变形。本文分析摄影测量技术的优势,提出了摄影测量技术在基于图像的船体变形测量技术中的具体应用,并进行船体变形测量的应用仿真分析,测量结果表明符合实际测量的要求。     

基于固有应变的船体总段船台合拢焊接变形预测研究

预测船体总段船台合拢的焊接变形,对于船体制造工艺设计和精度造船具有重要的意义。文章在掌握固有应变概念的基础上,利用上海交通大学和日本大阪大学共同开发的基于固有应变的Weld-sta软件,对大型集装箱船的船体总段船台合拢焊接变形进行了预测。预测结果表明船台合拢总收缩变形量为50.339 mm,模拟计算结果与实际建造结果吻合,验证了固有应变为基础的弹性板单元有限元预测法在船体总段合拢焊接中应用的可行性,从而为船体总段合拢时补偿量或收缩量的确定提供数据支持和理论指导。     

一种基于惯性匹配的船体姿态基准传递方法

船体变形角的存在是造成船体局部姿态基准失准的根本原因。本文基于惯性姿态匹配法,提出一种抑制船体变形影响、实现高精度姿态基准传递的方法。首先对光学设备测得的船体变形角数据进行频域分析,实现船体变形角高精度建模。然后利用中心主惯导和船体局部捷联惯导的姿态输出构建卡尔曼滤波方程,实现船体变形角的实时高精度估计。最后仿真验证了船体变形角建模方法和姿态匹配算法的可行性,为船体局部高精度姿态信息获取提供理论参考。     

不同载荷下船体框架变形程度自动检测系统

为实现不同载荷下船体框架变形程度自动精准检测,设计一种新的船体框架变形程度自动检测系统。此系统的光电探测模块由线阵CCD相机,采集船体框架变形图像后,通过图像采集和传输单元将采集的图像打包整理,使用网络交换机传输至中心控制台的工控计算机,工控计算机启动基于相机位姿的船体框架变形程度测量模型,结合线阵CCD相机位姿数据,计算获取图像中船体框架变形检测点的实际变形量,完成变形程度自动检测。经实验验证,所设计系统在6级海况载荷、8级海况载荷工况中,对船体甲板框架变形程度自动检测结果,与实际值不存在明显的异常偏差,吻合度显著,可实现不同载荷下船体框架变形程度自动精准检测。     

考虑舰体变形时的捷联惯性系统初始对准方法

为尽可能消除惯性测量组件（IMU）安装误差及挠曲变形对初始对准精度的影响，运用传递对准技术，建立系统方程和量测方程，采用扩展状态滤波器和速度加角速率匹配的方法，准确地估计出了这些误差，并对系统进行补偿。仿真结果表明，用速度加角速率匹配估计安装误差和挠曲变形比用速度加姿态匹配效果好，补偿了安装误差和挠曲变形后，系统的导航精度明显提高。     

基于水声传播时延补偿的惯导误差修正方法

针对潜器惯导定位误差修正问题,提出惯导/多信标水声测距组合导航实现方法,并主要针对由于潜器运动与水声传播时间延迟导致的误差进行分析,提出一种基于水声传播时延补偿的水下惯导定位误差修正方法,该方法利用扩展卡尔曼滤波,通过对惯导系统位置误差状态的前推,重构量测方程,实现量测方程与系统量测量时间的一致性,补偿时间延迟产生的误差。仿真结果表明,该方法可有效提高惯导/多信标水声测距组合导航系统对惯导定位误差修正的精度。     

基于Weld-sta软件的船体结构焊接变形预测

预测船体复杂结构的焊接变形对制造工艺设计和精度控制具有重要的工程价值.基于固有应变理论,利用船体结构焊接变形预测专用软件Weld-sta对多用途船双层底结构焊接变形进行了预测,发现船长方向收缩最大变形量为13.2mm,船宽方向最大变形量14.5 mm.通过数值模拟结果与实验实测值的对比,可以得到软件计算的精度超过80%,验证了固有应变理论及软件用于焊接变形预测的可靠性,并在此基础上针对船体总段船台合拢的焊接变形进行了预测,发现焊接总收缩变形量为50.339 mm,与实际加工经验基本吻合.根据此结论可以针对各船体总段预留合理的焊接变形收缩量,验证了固有应变为基础的弹性板单元有限元预测法在船体总段合拢焊接中应用的可行性.     

舰船船体变形及其测量方法

从舰船船体变形对测量设备影响的客观存在出发,讨论了船体变形产生的原因和船体变形测量的必要性,进而介绍了目前船上使用的大钢管基准法等变形测量方法,以及近几年提出的一些船体变形测量新方法如像机链位姿传递摄像测量方法等,探讨了船体变形测量技术的发展趋势。     

船舶动态变形测点优化及变形预报方法

为实现船舶变形监测位置的筛选,采用有效独立法给出甲板变形监测点的布置方案,并基于模态叠加法进一步给出船舶变形响应的实时预报方法。结合三维线性波浪载荷理论和结构有限元分析技术,对短期海况下船舶角变形响应进行仿真,既可为测量设备的参数选取提供参考,又可为实时预报方法的验证提供数据。以一艘船舶为例进行计算,通过对比直接仿真结果与实时预报结果,从理论上验证了角变形监测点优化方案的合理性以及实时预报方法的正确性。     

An efficient FE computation for predicting welding induced buckling in production of ship panel structure

In a Thermal-Elastic-Plastic (TEP) FE analysis to investigate welding induced buckling of large thin plate welded structure such as ship panel, it will be extremely difficult to converge computation and obtain the results when the material and geometrical non-linear behaviors are both considered. In this study, an efficient FE computation which is an elastic FE analysis based on inherent deformation method, is proposed to predict welding induced buckling with employing large deformation theory, and an application in ship panel production is carried out. The proposed FE computation is implemented with two steps:(1) The typical weld joint (fillet weld) existing in considered ship panel structure is conducted with sequential welding using actual welding condition, and welding angular distortion after completely cooling down is measured. A TEP FE analysis with solid elements model is carried out to predict the welding angular distortion, which is validated by comparing with experimental results. Then, inherent deformations in this examined fillet welded joint are evaluated as a loading for the subsequent elastic FE analysis. Also, the simultaneous welding to assemble this fillet welded joint is numerically considered and its inherent deformations are evaluated.(2) To predict the welding induced buckling in the production of ship panel structure, a shell element model of considered ship panel is then employed for elastic FE analysis, in which inherent deformation evaluated beforehand is applied and large deformation is considered. The computed results obviously show welding induced buckling in the considered ship panel structure after welding. With its instability and difficulty for straightening, welding induced buckling prefers to be avoided whenever it is possible.     

Simplified analytical method for evaluating web girder crushing during ship collision and grounding

The paper presents a simplified analytical method to examine the crushing resistance of web girders subjected to local static or dynamic in-plane loads. A new theoretical model, inspired by existing simplified approaches, is developed to describe the progressive plastic deformation behaviour of web girders. It is of considerable practical importance to estimate the extent of structural deformation within ship web girders during collision and grounding accidents. In this paper, new formulae to evaluate this crushing force are proposed on the basis of a new folding deformation mode. The folding deformation of web girders is divided into two parts, plastic deformation and elastic buckling zones, which are not taken into account for in the existing models. Thus, the proposed formulae can well express the crushing deformation behaviour of the first and subsequent folds. They are validated with experimental results of web girder found in literature and actual numerical simulations performed by the explicit LS-DYNA finite element solver. The elastic buckling zone, which absorbs almost zero energy, is captured and confirmed by the numerical results. In addition, the analytical method derives expressions to estimate the average strain rate of the web girders during the impact process and evaluates the material strain rate sensitivity with the Cowper-Symonds constitutive model. These adopted formulae, validated with an existing drop weight impact test, can well capture the dynamic effect of web girders.     

基于激光陀螺的变形测量系统方案设计

设计了一种变形测量系统,主要功能为消除舰船姿态测量设备和被试设备处于不同安装位置时由于船体变形对精度检测造成的影响.在介绍了激光陀螺工作原理和分析测量原理的基础上进行总体方案构建,对惯性测量单元、时统模块和设备安装配置进行重点设计,完成了实船安装方案和验证方案设计.试验结果表明,所设计的各部分工作正常,测量精度优于25”,满足系统设计要求.     

船体变形测量技术综述

讨论了船体变形产生的原因,对目前常用的船体变形测量技术研究现状进行了叙述和分析,主要介绍了偏振光能量测量法,大钢管基准法,双光源双CCD测量法,双频偏振光法,光栅法,液体压力测量法,摄影测量法,应变传感器测量法,多部位安装航姿系统,惯性测量匹配法,GPS测量法等,探讨了船体变形测量技术面临的问题和未来发展方向.     

高频多普勒计程仪航速补偿研究

指出影响高频多普勒计程仪测速精度的主要因素，提出了在软件方面进行航速补偿的2种措施，通过图表分析，给出了航速线性补偿及非线性补偿2种方案。重点分析了航速非线性补偿，并给出了航速非线性补偿的软件流程框图，对提高测速精度具有较高实用意义。     

基于变值法的船型优化层次分析法模型研究

采用层次分析法理论和变值法,提出船舶船型技术经济性层次分析方法,建立起船舶船型经济评价的层次分析数学模型。通过对珠江干线3000吨级散货船的船型进行实例研究分析,得出了船型优化综合评价指标的排序,得出综合最优船型。在此基础上,对影响船型方案的参数进行敏感性分析。本文提出的船型方案层次分析的经济评价方法,对优化船型的优化设计具有理论研究和实用价值。     

大型复杂船体分段焊接变形研究

为了预估大型复杂船体分段的焊接变形,运用热弹塑性法计算典型结构的焊接变形,得出典型船体分段的固有应变,采用固有应变法计算该船体分段焊接变形,并与实测结果进行对比验证。结果表明:采用固有应变法计算大型复杂船体分段的焊接变形是可行的;船体分段焊接变形呈现整体外张的趋势,且两舷侧边缘位置的焊接变形量最大。