并行计算求解运动船体上的甲板上浪问题

甲板上浪是危害海洋浮式结构物的重要因素.文章采用模型试验方法对一艘FPSO的甲板上浪现象进行了考察.结合模型试验的结果,采用大规模并行计算技术成功再现了甲板上浪这一非线性极强的物理现象,有效地克服了计算时间的限制.数值模拟中对与上浪密切相关的物理参数如水体流动,船体的运动,冲击载荷进行了记录.为了保证数值模拟的精确性,文中开展了网格试验和时间步长试验,得到了适合甲板上浪模拟的网格划分方案和时间步长.由数值模拟得到的上浪细节相当详尽,如由VOF方法进行液面捕捉得到的波浪沿船艏爬升、变形、最后冲击船艏结构物破碎的过程与试验相比很为接近.计算实践表明采用大规模并行计算是解决上浪等非线性问题的町靠的、高效的途径.     

二端离散元件动力学特性的矩阵描述法在阻振基座分析中的应用

在元件坐标系下,分别推导了离散元件(质量、弹簧、阻尼、刚体)输入端状态向量与输出端状态向量之间的关系,给出了向前传递矩阵、向后传递矩阵和广义阻抗矩阵的解析公式.并且讨论了点阻抗或点导纳与传递矩阵或广义阻抗矩阵之问的关系.此外,文中还分别采用传递矩阵法和导纳矩阵法推导了阻振基座的纵向振动方程,得到了纵向力传递率的解析公式.两种方法得到的结果相同,但传递矩阵法的推导过程更简洁.文中还采用传递矩阵法推导了阻振基座的横向振动方程,得到了横向力传递率的解析公式.所导得的公式可用于指导阻振基座的动力学设计,计算工作量不大且精度较高.     

SINAMICS能量回馈节能技术在船舶轴带发电中的应用

针对船舶轴带发电控制和并网的难点,提出了基于SINAMICS的船舶轴带发电能量回馈节能技术.将主机同轴的轴带发电机经SINAMICS的整流-逆变和模型参考自适应技术,克服主机转速扰动和轴带电机转矩脉动的影响,实现能量双向流动和馈电并网质量管理.建立了轴带发电系统实物仿真模型,结果表明,SINAMICS船舶轴带发电具有极高的电压稳定性和较高的经济性与可靠性.     

大型客滚船结构细部疲劳强度分析

客滚船是当今世界造船行业中的高技术船型,它将滚装船和客船的功能结合为一体,兼具客船和货船的特点。选择某大型客滚船为分析对象,对其进行疲劳强度分析。该船按英国劳氏船级社客船规范设计,没有明确的客滚船疲劳校核规范可遵循。为此根据船舶疲劳损伤原理,在分析几个船级社的疲劳规范的基础上,探索了一种基于英国劳氏船级社ShipRight FDA水平3的疲劳外载荷的简化疲劳校核方法。在全船有限元分析的基础上,对关键高应力区进行局部细化分析获得热点应力,并按照建议的疲劳损伤计算公式和程序对疲劳热点进行疲劳强度分析和评估,还指出了提高疲劳分析可靠性应注意的几个方面。     

疲劳裂纹扩展双参数统一方法中门槛值的确定

疲劳裂纹扩展双参数统一方法是由Sadananda和Vasudevan提出的,并认为,疲劳裂纹的扩展是在两个驱动力Kmax和△K共同作用下发生的,因此,裂纹的扩展存在两个门槛值Kmax,th和△Kth与这两个驱动力相对应。为了使裂纹扩展,必须同时满足两个门槛值(Kmax,th;△Kth)的条件。从理论上来说,门槛值可以通过试验来测定,但由于试验测定门槛值存在较多困难。文章基于作者们在PRADS2007会议上提出的双参数裂纹扩展率的一般表达式,给出根据疲劳试验数据确定门槛值的方法,和试验数据相比,吻合较好。     

预测低周疲劳寿命的一种新方法

从低周疲劳损伤可由疲劳过程中的非弹性响应来反映的理念出发,以循环弹性余应变能密度来表征循环应力应变曲线的非线性部分偏离线性的程度,建立了基于循环弹性余应变能密度为基本参量预测低周疲劳寿命的新方法。采用30CrNiMo8钢的疲劳试验结果和文献中对某高温合金的疲劳试验结果,对该预测模型的预测结果和Manson-Coffin公式、三参数幂函数模型预测结果进行了对比分析,结果表明,文中提出的预测模型的预测结果与试验结果吻合良好,预测精度高于Manson-Coffin公式的预测精度,并接近或高于三参数幂函数模型的预测精度。     

KCS船型浅水操纵水动力计算

以国际船舶操纵性比较研究标准船型KCS为对象,采用一种基于细长体理论的数值方法计算船舶在浅水中以一定的航速航行时的操纵运动线性水动力导数,给出的结果反映出水深和航速的影响;数值结果和现有的经验公式估算结果进行比较,验证该方法的有效性.     

极浅水单点系泊FPSO低频响应分析

对单点系泊FPSO在极浅水中波浪作用下的低频响应进行频域数值计算与模型试验研究,水深16.7m,入射波有义波高4.1m.计算结果与试验结果符合良好.试验中的波浪校验结果显示,在不规则波浪谱中出现明显的低频成分.由此产生了一阶低频波浪力,其能量谱是通常二阶波浪力谱的近百倍,导致FPSO在极浅水中所受低频波浪力大大增加,并引起极大幅度的共振纵荡运动响应.极浅水时,低频纵荡运动响应主要是一阶的,二阶成分几乎可以忽略,而且与深水相比,由于阻尼和二阶波浪力同时增加,二阶响应变化不大.低频浅水长波和一阶低频波浪力及其诱导大幅运动响应会给极浅水FPSO和系泊系统设计带来严重影响,在水动力性能预报时必须仔细予以考虑.     

基于桥区水流数值模拟的桥墩对通航影响分析

建桥后桥墩会干扰桥区水流的流动,进而对桥区通航产生不利影响。为了保证桥区通航安全,有必要了解建桥前后桥区水流的变化情况。数值模拟方法是桥梁设计阶段分析建桥前后桥区水流变化及其对通航影响的一种有效方法。以长江河口地区为例,通过桥区水流数值模拟分析建桥对通航的影响。首先建立了长江河口段的江阴至青龙港(北支)、杨林(南支)河段的二维有限元水动力数学模型,并用实测的潮位和流速资料对模型进行了验证;随后以苏通大桥为例建立桥墩模型进行数值模拟,从建桥前后流速和流向的变化两方面分析了建桥对通航的影响,并计算了通航影响宽度。算例结果表明所采用的数值模拟方法及其软件具有工程实用性,可用于分析建桥对通航的影响。     

舰船舱壁及甲板耐火完整性的风险评估

应用模糊数学理论对舰船舱壁及甲板的耐火完整性进行了模糊综合评判,探讨了舰船耐火完整性在多种武器一次命中以及多次命中下的风险评估模型,并以国外某型护卫舰为例,通过对其A-60级耐火分隔的模糊评估分析,得出了耐火完整性的等级指标.评估结果表明,根据加权模糊综合评判模型,可以把模糊性很强的耐火分隔等级指标定量化,为舰船消防系统优化设计方案提供参考依据.