船舶水下清洗技术研究

文章简要阐述了船舶污底型式及等级、水下清洗技术和设备的发展,研究了水下清洗分类、作业程序、清洗标准和记录等指南,探讨了视情水下清洗时机及所采取的措施。     

基于ANSYS的无轴推进器模态及谐响应分析

为了分析无轴推进器机械结构本身的振动特性,在对无轴推进器三维模型进行合理简化的基础上,借助有限元分析软件ANSYS Workbench进行无轴推进器的模态分析;在得到整机固有频率以及相关振型的基础上,进行无轴推进器的谐响应分析,分析在一定范围内激励载荷作用下整机的响应情况。研究结果表明：无轴推进器整机除刚体模态外最小固有频率为80.23 Hz,高阶模态基本为桨叶局部模态,桨叶本身出现扭转、摆动等振型;在无轴推进器整机第2阶固有频率附近应力、变形以及振动加速度频谱图均出现峰值,以桨叶为例,最大幅值依次为0.37 MPa、12.57 mm、3.2×106 mm/s²,因此在实际运行中需要避免在80 Hz附近以及高频负载下工作,为整机性能预测和优化提供了依据。     

预应力和流固耦合效应对水下壳结构振动特性影响研究

对于水下结构,流体对结构模态频率的影响主要体现在预应力效应与流固耦合效应两方面。为研究水下壳结构固有频率对这2种效应的敏感度,本文首先计算某水下壳体在空气中的模态,然后研究壳结构在不同水深工作产生的静水压对其固有频率的影响,最后使用声固耦合的方法计算了流固耦合效应下的壳体湿模态。计算结果表明:流固耦合效应占主导因素,但随着壳体工作水深(预应力)的增大,预应力效应对水下壳体频率的影响也逐渐显著。因而,在开展水下结构动力学设计时,不仅要重点考虑流固耦合效应对结构固有频率的影响,还应关注结构实际工作环境下的应力状态,分析其对结构固有频率的影响。     

某船用风力发电机叶片降噪设计

为降低风力发电机叶片噪声,探索从形貌优化到降低风叶噪声的解决方案。根据薄壁结构高刚度形貌优化以提高某阶模态频率为优化目标的特点,通过对风叶结构模态分析,为形貌优化确定合适的目标模态。以风叶几何形状作为设计变量,体积作为约束函数,第一阶固有频率作为目标函数,对风叶结构进行了形貌优化。优化结果表明:改进后风叶第一阶固有频率值由42.3 Hz提高到57.6 Hz,提高了36.2%。在相同的激励下,优化得出的结构具有更多的振动衰减时间,从而达到减少振动以及噪音的目的。     

预应力和流固耦合效应对水下壳结构振动特性影响研究

对于水下结构,流体对结构模态频率的影响主要体现在预应力效应与流固耦合效应两方面.为研究水下壳结构固有频率对这2种效应的敏感度,本文首先计算某水下壳体在空气中的模态,然后研究壳结构在不同水深工作产生的静水压对其固有频率的影响,最后使用声固耦合的方法计算了流固耦合效应下的壳体湿模态.计算结果表明:流固耦合效应占主导因素,但随着壳体工作水深(预应力)的增大,预应力效应对水下壳体频率的影响也逐渐显著.因而,在开展水下结构动力学设计时,不仅要重点考虑流固耦合效应对结构固有频率的影响,还应关注结构实际工作环境下的应力状态,分析其对结构固有频率的影响.     

典型船舶板架拓扑与形状优化设计

以典型板架结构(船底板架和上层建筑板架)为研究对象,探讨结构拓扑与形状优化设计方法在船舶设计中的应用。对船底板架结构进行形状和尺寸优化(优化目标是指定应力约束条件下结构重量最小),优化后的结构重量减少了15.82%。为改善舱室顶部空间布局,提高舱室顶部板架结构的固有频率,对上层建筑板架进行拓扑优化,寻求材料最优分布,并在对其进行静力分析和模态分析的基础上,以体积百分比为约束条件,以板架固有频率为目标函数,得到拓扑优化后的结构型式,新结构型式使材料分布更加合理,有利于舱室顶部管道和电缆等的铺设。研究表明,在目前的板架结构设计中,可广泛应用结构拓扑与形状优化设计技术。     

船体清洗机器人的开发现状与展望

从船坞内作业和水下作业这两个方面对目前国内外所有船体清洗机器人的开发现状进行系统全面的介绍,包括超高压爬壁除锈机器人和水下船体清洗机器人,突出水下船体清洗机器人的发展优势。将现有的水下船体清洗机器人按磁吸附、真空负压吸附、推力吸附、复合吸附等吸附类型进行分类,具体针对各类吸附移动对其结构功能设计的优缺点进行分析比对。最后,总结吸附性和灵活性难统一、船体复杂壁面难适应和废水废渣难回收等技术难点,针对存在的问题提出推力磁轮复合吸附和水射流清洗技术相结合的创新设计建议,并对多功能化、高智能化、自主性强的多机器人编队协同作业的船体水下清洗发展进行展望。     

基于形貌优化的船用球鼻高刚度设计

为提高某船用球鼻结构刚度,提高船舶在特殊航行环境的航行安全性,建立球鼻结构有限元模型。通过对球鼻结构进行模态分析,为形貌优化选择合适的目标函数。以节点位移为设计变量,第一阶固有频率为目标函数,对球鼻包板以及筋板结构分别进行形貌优化。结果表明:筋板结构在形貌优化后,结构第一阶固有频率由6 Hz提高到25 Hz,提高4.2倍,屈服极限提高2.3倍,起到了较好的形貌优化效果,对球鼻结构刚度改善提供设计参考。     

大坝深水检测作业载人潜水器载体框架设计方法研究

在国内外典型深海载人潜水器载体框架结构设计应用研究的基础上，结合大坝深水检测作业的工程应用需求，从设计原则、选材分析、设计载荷、安全系数和设计方案等方面，通过对比分析浅深度与深海载人潜水器载体框架的异同点，结合设计难点总结了大坝深水检测作业载人潜水器载体框架的设计思路与方法，并对两种载体框架设计方案的强度校核结果进行了比较分析，对载体框架进行设计优化。结论可为同类型、浅深度的水下检测作业装备载体框架设计提供参考。     

基于ANSYS的舰炮托架模态分析

针对舰炮托架为箱式对称结构以及内部有加强筋的特点,利用有限元分析软件ANSYS建立了托架的有限元模型。通过建立一个辅助刚体模型,分析了托架的静态应力和变形;应用模态分析理论研究托架的固有频率和振型;对在后坐力激励下托架的动态响应进行了仿真。研究工作可为舰炮托架的结构设计和优化提供理论参考。     

水压工况下船底结构拓扑优化设计

针对典型的船底结构,考虑其在水压工况下的特殊环境,本文研究船底结构拓扑与形状优化设计。首先,为了让结构重量在水压工况的标准下能够尽量减小,本文对船底结构的形状以及尺寸进行改进,使其船底结构的尺寸缩减了14.19%;其次,为了让船底结构的空间布局更加合理,对船底结构进行拓扑优化,增加船底结构的固有频率。通过模态分析,研究船底结构的应力约束,将得到的固有频率作为拓扑优化过程中的目标函数。研究结果表明,优化后的新船底结构在水压工况下布局分布更加合理,并且有利于船底的仪表仪器安装以及线路的铺设等。     

超大型集装箱船绑扎桥强度校核与结构优化

随着超大型集装箱船的发展,绑扎桥的结构设计越来越复杂。文章在21000TEU超大型集装箱船典型绑扎桥设计的基础上,利用ANSYS软件计算了绑扎桥结构的强度和刚度。通过研究不同浮态,装箱条件以及最大设计载荷条件下结构的总体应力和变形情况,分析了关键位置的应力集中现象。并用这些分析结果指导结构优化,为绑扎桥结构的分析及结构设计提供具指导意见。     

焊缝对环肋圆柱壳振动声辐射的影响

将结构固有频率作为中间变量,研究焊接残余应力、结构固有频率和结构声辐射特性之间的关系。首先,分析焊接残余应力与结构固有频率之间的关系,并通过实验进行验证,结果显示焊接残余应力使结构固有频率发生了显著改变。然后,对固有频率—声辐射功率的灵敏度进行理论推导,并运用有限元法结合边界元法建立数值模型,计算该模型在指定范围内的固有频率—声辐射功率灵敏度,结果证明结构声辐射功率会随着固有频率的变化而发生显著变化。最后,综合分析焊接残余应力与结构声辐射之间的关系。结果表明,研究复杂结构的振动声辐射等动力学特性时,焊接残余应力是不能忽视的影响因素。     

基于遗传算法的水下无人潜器结构特性优化分析

水下无人潜器是一种可在水下探测作业的设备,其研制过程复杂且综合性极强。水下无人潜器耐压壳结构的优化设计是其安全作业的基本条件。本文对耐压壳结构的形式和材料进行介绍分析,通过理论计算建立优化设计模型,然后构造一种并行遗传算法作为优化方法,应用于耐压壳结构的优化设计。结果表明,该方法计算有效、可靠,为实际生产设计提供理论支撑。     

基于连续体模型应力评估的水下机器人刚度强化设计

为了提高水下机器人设计和制造的机械强度,提出一种基于连续体模型应力评估的水下机器人刚度强化设计方法。构造水下机器人刚度强化评估的应力学结构模型,分析机器人刚度强化加工的控制约束参量,采用连续体模型应力评估方法进行水下机器人的刚度加工机械设计的荷载力学分析,实现机器人解耦构型的机构耦合度、运动灵巧度、方位特征、构件应力以及屈服强度等参量的解耦运算,得到机器人机械结构优化构型的位置正解,通过应力评估和结构解耦性设计,提高水下机器人的水下抗载荷能力和强度。仿真结果表明,采用该方法进行水下机器人刚度强化设计,机器人的机械弹性载荷较高,水下应力载荷和抗压能力得到提升,对机器人机械设计的构型优选和加工工艺改进具有较好指导价值。     

圆柱形水下航行器多学科优化设计方法研究

基于Isight软件,对圆柱形水下航行器开展了多学科设计优化技术的研究。首先将圆柱形水下航行器划分为阻力、结构、能源和推进四个学科,对每一个学科进行了详细的建模与分析,然后基于序列二次规划法,霍克-吉维斯直接搜索法以及多岛遗传算法三种优化算法对每个学科进行了单学科优化,在得到优化结果的同时,确定了最适合每个子系统的优化算法。接着确定了四个学科的耦合关系,完成了协同优化框架和同时分析与设计框架下多学科优化模型的构建。基于这两个多学科优化框架,分别在系统级优化器中采用上述三种优化算法,对圆柱形水下航行器进行了多学科设计优化,得到了满意的优化结果。最后总结出了一套适用于微小型水下航行器的多学科设计优化方案。     

水下航行器电池舱热响应仿真分析

电动力水下航行器电池舱工作环境恶劣,在设计中必须考虑电池散热对整体结构的影响,避免因局部应力过大导致结构件损坏。本文首先确定某型水下航行器电池舱热传导、热辐射和热对流分析数学模型,并基于有限元仿真软件Ansys构建有限元模型;在相应热载荷下,分析舱段温度分布、安装板处最大变形、应力等,验证了结构设计的合理性。本文研究方法具有较好的通用性,结构设计对水下航行器电池舱结构布局具有借鉴意义。     

水下机器人结构形式及其发展趋势分析

水下机器人的结构是影响其运动性能的重要因素。按框架式、刚性外壳仿生式、柔性外壳仿生式、球形、滑翔式和链式6类结构,对水下机器人结构形式的发展现状和存在的关键技术问题进行分析。重点分析各类结构的驱动速度、加装载重和运动灵活性,以及在水下环境中的运动性和适应性。研究结果表明,水下机器人的结构形式正朝着高度柔性化、整体与局部结构之间高度变形化和多体结构可分离化的方向发展。     

水下机器人结构形式及其发展趋势分析

水下机器人的结构是影响其运动性能的重要因素。按框架式、刚性外壳仿生式、柔性外壳仿生式、球形、滑翔式和链式6类结构,对水下机器人结构形式的发展现状和存在的关键技术问题进行分析。重点分析各类结构的驱动速度、加装载重和运动灵活性,以及在水下环境中的运动性和适应性。研究结果表明,水下机器人的结构形式正朝着高度柔性化、整体与局部结构之间高度变形化和多体结构可分离化的方向发展。     

海上过驳平台全船强度计算及基座结构加强方案

以一艘典型的非自航式海上过驳平台为研究对象,选取6种典型作业工况,应用结构强度直接计算方法,获得船体各结构的应力和变形分布规律。通过对起重机基座与主甲板、中纵舱壁的交汇处等高应力区域的局部强度进行计算分析,得到基座结构响应、应力分布特点及最危险的作业形式,提出3种结构加强方案并进行比较研究。研究成果可以为海上过驳平台的结构设计提供依据。