基于显式算法的船体梁极限强度非线性有限元分析

通常,在船体梁极限强度非线性有限元分析中一般采用隐式算法,但相比显式算法,其收敛性较差且计算效率不高。为此本文介绍显式算法与隐式算法的区别,并采用2种算法对Nishihara箱型梁的极限强度进行对比计算,两者结果吻合较好。基于显式算法,本文对Dow试验模型的极限强度进行非线性有限元分析,结果表明该算法具有良好的精度,可以用于船体梁极限强度分析,为船舶结构设计提供参考。     

基于S-H剪裁算法的船舶受风面积计算

为提高计算精度,提出一种基于S-H多边形剪裁算法的船舶受风面积计算方法。依据船舶设计部门提供的船舶受风面积轮廓多边形,采用S-H算法实时和水线面求交计算,得到水线面上和水线面下的多边形,然后采用格林公式计算任意吃水及吃水差下的受风面积及风倾力臂。本文以"太行128"散货船为例,实验表明:相比于传统基于装载手册线性插值的方法,提高了计算精度,弥补了传统方法只能计算船舶平吃水下受风面积的不足,且通用性好,具有一定的工程实用价值。     

非线性规划法计算船舶稳性

船舶自由纵倾状态下的稳性曲线计算，最后归结为使消耗在倾斜船舶的功为最小，满足等排水体积约束条件的优化问题。运用非线性规划法中的惩罚函数法作为优化计算方法，与通常采用的拉格朗日乘子法相比，公式推导简洁，而立每一次迭代计算只需计算水线面以下的排水体积及浮心坐标，不需要计算水线面上的面积、漂心、惯性矩等诸要素，减少了计算量，反映了问题的本质。通过对60000吨油船在各种载况下稳性曲线的计算，证明了该方法可行实用。     

大扰动下的船舶电站暂态仿真分析

针对目前在船舶电站暂态稳定分析中普遍采用的仿真工具MATLAB/Simulink算法受限且仿真时间过长的不足,应用时域仿真法建立船舶电站的数学模型,再用基于隐式梯形积分法的C#.NET程序对其求解。通过对仿真结果的分析验证了仿真方法的有效性。     

置信域优化法求解船舶浮态方程

船体在欧几里德空间内的位置通过欧拉角描述后,根据牛顿定律可建立以横倾角、纵倾角和水线面高度为变量的浮态平衡方程。求解该非线性方程组可以转化为数学中的数值优化问题,并使用非约束优化方法求解。通过理论研究和基于MATLAB编程的计算实例表明:传统的牛顿法容易产生雅可比矩阵不可逆的问题,导致迭代中断,而置信域法能保证目标函数收敛,对初始值的依赖程度低,因此更加稳定可靠,适合应用于工业计算;此外,该方法也可应用于其他稳性问题,如计算完整稳性和破舱稳性中的复原力臂曲线以及平台的变轴横倾等。     

角管式蒸汽锅炉水动力计算新方法

角管式蒸汽锅炉水动力管道系统的结构复杂多变,传统水动力压差解法因其局限性无法高效、准确地计算其水动力特性,因此,文中提出了一种基于图论分析的水动力计算方法.根据角管式蒸汽锅炉管道结构得到由节点和线段组成的有向图,得到降秩节点矩阵和回路矩阵,然后用这两个矩阵建立描述锅炉水动力特性的连续方程组和能量方程组,最后用MATLAB进行编程求解,得到管路内的工质流量和管道压降等.用该方法计算130 t/h角管式蒸汽锅炉水动力,结果表明:该方法准确、高效,为工程带来极大的方便.     

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。     

无限区域二维势流直接边界元法精度分析

边界元法作为一种重要的数值方法已在许多领域得到广泛应用,但在船舶水动力势流理论数值计算方面,有关直接边界元法的研究并不充分,尤其是在船舶兴波阻力势流理论求解方面,以往的"面元法"通常是基于Hess-Smith法的间接法,这类方法在理论和数值计算上都存在着缺陷。针对船舶水动力势流理论计算,采用直接边界元法,对二维势流无界绕流算例进行系统的数值计算,并根据二维势流问题的计算结果详细探讨边界单元离散形式和单元上的数值积分方法对计算精度的影响,各项数值计算均以Matlab软件编程实现。结果表明,采用常数单元和龙贝格积分法能够得到较准确的结果,且计算速度较快。     

直接边界元法解势流速度场问题

在船舶水动力学中,大多采用以Hess-Smith方法为基础的间接边界元法求解势流绕流问题,但Hess-Smith方法本质上是基于物理直观提出,在理论和数值计算上都存在着缺点。直接边界元法虽然在船舶水动力领域有着非常广阔的应用前景,但至今应用较少。为推广直接边界元法在船舶水动力学中的应用,根据边界积分法建立积分方程,采用直接边界元法对无界势流绕流问题予以求解,得出流场速度势和物面上的速度分布,并通过与解析解的比较进行误差分析。对二维、三维问题的算例进行数值计算。数值计算过程用Matlab编程实现。结果表明:直接边界元法在求解船舶势流绕流问题中具有足够的精度和较高的效率,且数值计算实现过程更简洁,可发展成为求解船舶兴波等船舶水动力学问题的通用方法。     

海洋水线面视觉图像特征自动化识别系统设计

传统海洋水线面图像识别系统在使用过程中,受到自身硬件参数限制,无法对高精度特征图像边缘进行自动识别计算,导致图像识别率与识别效率降低;同时,传统识别系统中的算法对线扫步长参数优化存在匹配量失常的问题,从而导致传统海洋水线面图像特征识别系统识别率差,计算识别效率低。因此,提出海洋水线面视觉图像特征自动化识别系统设计,首先,创建高精度视觉图像采集阵列;通过引入高精度摄像模块、图像采集卡与图像处理芯片等元件,完成水线面视觉图像高清采集与预处理硬件的设计;接着,通过在硬件主控中引入边缘残像特征识别算法,对图像边缘特征进行像素点识别;同时提出设计中在系统软件设计中引入自动化识别算法,配合特征识别计算,实现水线面视觉图像的自动化识别效果;最后,通过设计的仿真实验,证明设计系统具有识别精度高,识别速度快、稳定向好的特点。     

损管训练模拟系统在舰船中的应用研究

基于舰船六自由度运动模型,提出Vegar环境中舰船运动模型的数学表示及其C＋＋语言描述方法,构建基于Vegar[1]的交互式舰船六自由度三维实景仿真系统,解算破损状态下舰船的参数,拟合破损舰船静稳度曲线,反映舰船在破损状态下的浮性与稳性特征,提供多样化的损管决策方式,训练指挥员对破损的处置能力,评估损管决策方案的科学程度,提高指挥员组织指挥舰船损管的水平。     

准确确定海船初稳性高度界限面及综合稳性界限面的方法探讨

本文介绍了确定船舶初稳性高度界限面和综合稳性界限面的准确方法，通过对初稳性高度界限面问题的讨论，完善了载荷变动求取船舶初稳性高度变化量及改变载荷调整船舶初稳性高度的理论计算公式，并为船舶驾驶员在载荷变动时判断船舶初稳性高度的变化情况提供了准确可靠的方法。通过对船舶综合稳性界限面问题的讨论，建立了改变载荷求取船舶综合稳性变化量及调整船舶综合稳性的理论计算公式，为船舶驾驶员在载荷变动时判断船舶综合稳性的变化情况提供了准确可靠的方法。     

基于沉箱浮游稳定性计算原理的浮码头横稳性计算方法

浮码头中的浮箱横稳性关乎旅游码头运营安全及游客人身安全。JTS 165-7—2014《游艇码头设计规范》发布之前,工程设计中浮箱横稳性计算均采用重力式沉箱浮游稳定性计算原理。在梳理沉箱和浮箱计算原理的基础上,采用理论分析、公式推导、工程案例验证的研究方法,证实了浮箱横稳性计算采用重力式沉箱浮游稳定性计算原理是合理可行的。研究成果对后续研究及设计工作具有重要的参考价值。     

浮式再气化装置总布置和稳性规范研究

立足于浮式再气化装置的总布置及稳性规范研究，以江南新造船FRU28K为例，从总布置、设备布置、系泊布置、稳性等多角度诠释浮式再气化装置的设计特点及需满足的规范。在保证完整稳性及破舱稳性衡准满足新IGC要求和MODU规范的要求的前提下，优化布置满足船东要求。     

基于Excel船舶稳性的自动化校核

介绍了用Excel自动绘制稳性曲线和自动实现稳性校核的方法,利用Excel便捷的公式设置功能和强大的计算及绘图功能实现了船舶稳性曲线的自动绘制和稳性的自动校核.为船舶稳性计算开辟了一条操作方便、简单易行、成本低廉的高效途径.     

舰船稳性与破损稳性要求分析

稳性与破损稳性是影响舰船生命力安全的重要因素。综合分析国内外相关标准和规范,详细分析了国际海事组织海上人命安全公约(SOLAS 2004)、美国海军水面舰船稳性与浮性标准(DDS 079-1)和舰船通用规范(GJB4000-2000)稳性要求标准;数值计算了某船完整稳性和破损稳性,系统分析了舰船稳性与破损稳性指标要素。结果表明：美国海军水面舰船稳性衡准、国际海事组织的破损稳性标准和舰船通用规范对于稳性与破损稳性均有各自相对独立的指标体系及要求;美国海军水面舰船稳性与浮性标准对舰船稳性与破损稳性个别指标要求更为严格;我国规范要求总体较为合理,但缺乏对复原力臂特征值的衡量要求和船舶破损后抵抗风浪能力要求。     

纯稳性丧失和瘫船稳性薄弱性衡准实船验证分析

国际海事组织(IMO)正在制定第二代完整稳性衡准,并计划于2019年开始强制实施.该稳性衡准涵盖了5种稳性失效模式:参数横摇、纯稳性丧失、过度加速度、瘫船稳性和骑浪/横甩.衡准评估由薄弱性衡准和稳性直接评估组成.本文采用实际运营的4艘油船和3艘渔政船对最新草案中纯稳性丧失和瘫船稳性的薄弱性衡准进行了计算,分析了第一层和第二层薄弱性衡准的一致性,为纯稳性丧失和瘫船稳性薄弱性衡准的制定提供参考.     

船舶主配电板主汇流排设计与分析

主配电板为船舶电力配电系统的重要组成部分,主汇流排作为主配电板的核心部分,关系到电力配电系统的安全可靠运行。文中阐述了船舶主配电板主汇流排的设计方法,主要包括船舶主配电板主汇流排规格选择,以及结合短路电流计算对汇流排进行的热稳定和动稳定校验分析,并给出相关校核计算公式;最后通过三根矩形铜排并联使用的主配电板设计实例介绍计算方法的具体应用。     

XJ自升式平台拖航稳性计算方法

针对XJ自升式平台,采用Moses软件建立平台模型,分别计算该平台在油田拖航和远洋拖航时的完整稳性以及破舱稳性。将实际拖航时的稳性情况与数值模拟结果进行对比发现,用Moses简化建模来模拟计算平台拖航稳性所产生的模型误差对最终稳性计算结果的影响较小。     

大型船舶电力系统的静态电压稳定分析

本文主要对船舶电力系统的静态电压稳定性进行分析,提出了两个能分别衡量有功越限及无功越限导致的静态电压失稳的指标。文中利用ETAP软件详细建立了典型的船舶中压系统模型,在潮流分析的基础上分别计算了各种不同船舶工况下有功静态电压稳定指标及无功静态电压稳定指标,对船舶电网的静态电压稳定性进行分析。仿真分析结果表明船舶电力系统无功不足引起电压失稳可能性较有功大。总体说来,船舶电网的静态电压相对比较稳定,设计中应主要注意大容量冲击负荷导致的船舶电网的电压暂态稳定。