基于舵机能力验证要求的舵系优化设计

在IACS统一解释文件UI SC246 Rev.1提出根据非满载试航船舶操舵试验结果对满载航行状态船舶舵机能力进行验证的换算方法之后,相当一部分采用半悬挂舵的船舶出现了无法按该方法通过舵机能力验证的状况。为解决上述问题,本文基于常规船型半悬挂舵的3种典型布置方案,通过设计相同的舵面积和不同的几何外形,得到3个计算模型,利用计算流体力学(CFD)方法对各方案的全浸没和部分浸没状态分别进行计算分析。计算结果表明,舵叶平衡比对舵杆水动力扭矩存在直接影响,适当大的舵叶平衡比设计可以显著降低舵叶全浸没状态和部分浸没状态的舵杆水动力扭矩。基于此结论,对某型未能通过换算验证的船舶舵系进行优化设计,适当增大了舵叶平衡比。后续船试航结果表明,舵机能力验证满足UI SC246 Rev.1的要求,确认了CFD计算结论的正确性,为以降低舵杆水动力扭矩为目标的舵系优化设计提供了理论和实践依据。     

采用有限元方法的舵系受力直接计算

船舶规范中的舵系受力部分通常采用经验公式进行计算,随着科技发展的日新月异,通过有限元软件计算舵杆下舵承处弯矩提供了一种更精确计算舵杆弯矩的方法。直接计算法在船级社认可的前提下,同船级社经验公式相比可以降低舵杆的计算值,有利于提高舵系设计准确性,存在降低建造成本的可能,对造船业有一定价值。     

复合材料舵水动力载荷等效施加方法及试验研究

针对复合材料舵水动力载荷的等效施加方法及可行性进行了理论和试验研究。以复合材料双支承舵、悬挂舵为研究对象,以舵叶载荷特性及变形特征为依据,提出了两型舵叶的水动力载荷试验等效施加方法,即双支承舵采用单面多块、悬挂舵采用单面单块加载;并通过有限元仿真分析,分别对两型舵叶在等效载荷与实际载荷作用下的位移、应力分布规律进行对比,验证了载荷等效方法的合理性;进而,制作复合材料悬挂舵模型,并开展了等效载荷下舵叶静强度、刚度特性试验研究,对等效载荷施加方法的可行性进行了验证。     

船舶轴舵系无键连接缺陷及处理

结合船舶建造过程中发现的涉及轴舵系安装的各类典型缺陷,详细描述轴舵系在安装时存在的布置缺陷和缺少相关图纸、计算书等事实,明确规范的有关要求,分析缺陷可能导致的后果,通过统计分析表明这一系列缺陷已长久、普遍存在。结合船舶具体情况,与各方充分沟通后解决问题,并基于此,对轴舵系规范和安装提出建议,对轴舵系无键连接有关规范不合理之处提出观点。     

邮轮支柱连接节点极限状态研究与可靠性分析

为对支柱连接节点的极限状态与可靠性进行研究,建立大量支柱连接节点有限元模型,分析构件尺寸对该结构极限状态下失效模式和承载能力的影响,并通过对有限元模型计算结果进行非线性回归分析,获得考虑重要构件尺寸的结构极限承载力计算公式。在此基础上,利用上述公式建立支柱连接节点极限状态函数,形成该结构可靠性分析流程,最后通过算例对可靠性分析流程的适用性进行验证。研究结果可以对豪华邮轮支柱连接节点设计提供一定参考。     

柴油机连杆工作过程中啮合齿形静力学试验研究

以海上采油平台某发电用进口柴油机连杆为研究对象,以该柴油机实际运转工况下的P-V图为基础,计算该柴油机实际运转工况下一个工作循环内气体作用在活塞上的作用力;采用ADAMS软件,建立的发动机多体动力学模型,通过输入的气体压力曲线和负载转矩,仿真得到连杆实际工况下交变载荷：用电测法对连杆所受最大轴向载荷和横向载荷做了静力拉压加载实验,测得连杆的应力应变;本文试验结果为后期连杆的有限元分析结果的准确性提供对比依据。     

基于Patran的高速小水线面双体船有限元结构强度分析

利用有限元软件MSC.Patran建立了全船有限元模型.针对小水线面双体船的结构特点提出了总纵弯矩、总横弯矩和水平扭矩等几种载荷的计算公式以及各种不同载荷的组合工况加载方法,对双体船进行有限元数值分析,得到全船的应力及其分布位置.其研究结果为船身减重和局部结构加强作了准备,并为结构设计人员全面、合理地进行强度分析提供了有效参考.本文创新地采取了以全船有限元建模的方式对小水线面双体船的结构强度进行数值模拟,根据应力分布云图进行总体结构优化.     

基于有限元和实验模态的螺栓连接板分析

以MSC.PATRAN软件为基础建立有限元螺栓连接模型,并通过试验模态验证连接方式的正确性。结果表明,该有限元螺栓连接模型具有较高精度的动态响应特性;结合实验模态建立的有限元模型可以准确地计算出结构频率和振型,为后续的动态设计提供理论依据。     

舵系锥轴锥孔连接受力分析

通过对船舶航行工况条件下锥面连接的受力分析,得出锥面连接的表面接触比压与其能传递的轴向摩擦力和摩擦扭矩关系的计算公式;并对压入安装工况条件下锥面连接的受力分析,得出装配时压入力与接触比压关系的计算公式。通过实例计算,证明该计算方法是可行的。     

船用柴油发电机组螺栓连接基座强度和疲劳寿命分析

为了保证船用柴油发电机组螺栓连接基座长期运行的可靠性,需对基座强度和疲劳寿命进行分析研究,并对螺栓连接基座进行有限元建模,计算螺栓连接基座静强度。该文基于VDI 2230标准对基座螺栓进行强度计算,依据实际振动测试基座载荷和额定工况载荷,分别计算螺栓连接基座在运行工况中的响应振动特性,分析其疲劳寿命。结果表明：有限元计算螺栓连接基座静强度满足要求;基于VDI 2230标准计算的螺栓强度满足要求。根据两种方法响应计算表明：20年的安全运营期内,螺栓连接基座均不会发生疲劳失效。     

潜艇方向舵舵轴的应力分析

针对某潜艇舵传动装置仿真试验样机，利用简支梁、三弯矩方程和有限元方法对舵轴系统进行了建模、计算及数值分析，为使潜艇舵轴各部件尺寸更趋合理提供设计依据。     

水平荷载作用下高桩码头叉桩扭角布置研究

以湛江某高桩码头标准结构段桩基布置为例,运用有限元软件ANSYS建立空间有限元模型,考虑4种水平荷载作用控制工况,对不同叉桩扭角布置方案码头桩基内力进行计算分析,讨论水平地震荷载及船舶荷载对叉桩扭角布置的影响.计算结果表明:结构横向水平位移与桩弯矩随扭角的增大而增大,结构纵向水平位移和桩弯矩随扭角的增大而减小;在纵向水平地震荷载组合工况下,码头结构位移及桩弯矩最大;综合考虑纵横向刚度的影响,本码头结构段叉桩扭角选用20°较为合理.     

舵柄与舵杆无键液压套合连接推入量计算

介绍了舵柄与舵杆无键液压套合工艺的优点。对这种工艺的工作原理、受力计算及液压套合推入量计算作了分析并探讨其实用的计算方法和计算公式。     

超大型油船破损剩余强度可靠性分析

根据MARPOL公约,对CSR-H规定的破口范围进行概率分析。以一艘超大型油船为例,分别统计了单舱破损后各个肋位的静水弯矩概率特征和基于全球海况谱的一周波浪弯矩预报值;基于Smith法的船体梁极限弯矩计算软件,分别统计了各舱破损后极限弯矩的概率特征;采用改进一次二阶矩法,计算了各舱破损后的剩余强度可靠度。研究结果表明：机舱和首尾货舱发生破损后整船失效概率较低,中部货舱区域发生破损后整船失效概率较大,尤其在静水中垂破损工况下最危险,失效概率在10^-2量级。     

Circular motion tests and uncertainty analysis for ship maneuverability

Circular motion test data and uncertainty analysis results of investigations of the hydrodynamic characteristics of ship maneuvering are presented. The model ships used were a container ship and two tankers, and the measured items were the surge and sway forces, yaw moment, propeller thrust, rudder normal and tangential forces, pitch and roll angles, and heave. The test parameters were the oblique angle and yaw rate for the conditions of a hull with a rudder and propeller in which the rudder angle was set to zero and the propeller speed was set to the model self-propulsion conditions. Carriage data showing the accuracy of the towing conditions in the circular motion test are also presented. It was confirmed that the uncertainties in the hydrodynamic forces such as the surge and sway forces, yaw moment, rudder tangential and normal forces, and propeller thrust were fairly small. The reported uncertainty analysis results of the circular motion test data may be beneficial in validating data quality and in discussing reliability for simulation of ship maneuvering performance.     

矩阵法舵系计算程序开发

按照中国船级社规范规定的舵计算模型,介绍矩阵法在舵系计算当中的编程实现,理论分析和有限元计算表明该编程方法可以适应不同的结构形式和支撑条件,计算结果可靠。     

基于故障树模型的全回转舵桨液压系统可靠性分析

文章针对全回转舵桨液压系统可靠性进行了研究,首先对舵桨液压系统工作原理进行了分析,建立舵桨液压系统的可靠性框图及故障树模型,并结合拖轮的实际运行情况,对舵桨液压系统的可靠度进行评估,最后对提高舵桨液压系统可靠性提出了一些建议。     

舵球鳍参数对扭曲舵水动力性能的影响研究

文章对桨后普通舵和扭曲舵的水动力性能进行了试验研究,并采用计算流体力学方法对桨舵系统的水动力性能进行计算,得到了不同进速系数下的推力系数、扭矩系数以及敞水效率,并绘制了敞水性能曲线。通过桨舵模型试验值与计算值的对比,验证了计算方法的可靠性。为了进一步提高扭曲舵的节能效果,在扭曲舵前安装了舵球,优化舵球的半径后在舵球两端安装推力鳍,通过优选推力鳍的各个参数（安装位置、展弦比和安装角）,使桨舵系统的敞水效率逐步提高。确定了舵球鳍的最优参数后,桨—扭曲舵系统的效率进一步提高1.2%。最后通过观察舵表面压力分布、舵附近轴向速度和迹线分布,分析了舵球鳍对桨舵干扰的影响。     

“海豹6号”震源船悬尾结构强度分析

"海豹6号"震源船由于设备布置需要,在船尾处加设一个悬尾结构.应船级社要求,悬尾与主船体连接处结构要进行直接强度验证.本文对该悬尾带来的结构不连续处的强度进行了简化船体梁法和有限元直接计算法分析.通过这2种方法的研究分析,分别对悬尾结构的抗弯、抗剪及抗扭强度有了整体的认识和局部细节的把握,证明了结构不连续处的弯曲和剪切强度符合要求,并对甲板吊支架非对称负重时可能产生的大扭矩等提出了使用限制.