基于随机Melnikov方法的甲板上浪船舶混沌运动研究

应用随机Melnikov方法和庞加莱截面研究甲板上浪时船舶的混沌运动。考虑甲板上浪对船舶静稳性的影响,建立随机横浪中船舶横摇运动方程。由随机Melnikov过程结合均方准则确定船舶产生混沌运动的参数域,计算不同参数域中船舶横摇响应的庞加莱截面和时间历程。结果表明,增加船舶阻尼将抑制混沌运动的发生。甲板上浪时船舶横摇响应的庞加莱截面上有两个吸引域,船舶运动过程有两个横摇中心。在非混沌参数域中,船舶只围绕其中的一个横摇中心运动;在混沌参数域中,发生由一个横摇中心到另一个横摇中心的随机跳跃。     

船舶横摇运动中的混沌及其非线性简捷控制

为了描述并控制船舶横摇运动中的非线性随机现象,用混沌的Duffing方程刻画船舶横摇运动的非线性现象,符合程度较好,说明船舶在海浪作用下的运动在一定条件下可能产生混沌现象。采用精确反馈线性化和闭环增益成形算法相结合的非线性简捷控制方法控制船舶横摇运动中的混沌,取得了令人满意的控制效果,仿真结果验证了所设计的控制器具有良好的鲁棒性。     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为了提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性,设计了舵鳍联合减摇控制器.分析了船舶运动的非线性模型,根据实际情况进行假设,得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程,把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型;将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统,进行了舵鳍联合控制,设计了分散变结构控制器,最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究.仿真结果表明舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇,并能尽可能大的减小横荡.     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为厂提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性．设计了舵鳍联合减摇控制器。分析了船舶运动的非线性模型，根据实际情况进行假设，得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程，把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型；将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统．进行了舵鳍联合控制，设计了分散变结构控制器，最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明：舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇，并能尽可能大的减小横荡。     

基于混沌分析的船舶参数激励横摇运动及其减摇鳍控制研究

船舶参数激励横摇可能导致船舶的大幅度横摇运动,威胁船舶、货物和海上人命安全。为了减小参数激励带来的不利因素,通过李亚普诺夫指数和功率谱对船舶在规则纵浪中运动的稳定性进行分析。从而分析船舶参数激励横摇运动的产生机理,不仅分析了船舶参数激励横摇产生混沌现象的条件,而且确定出船舶参数激励横摇运动的安全与危险区域。然后基于Backstepping算法和闭环增益成形算法设计出减摇鳍控制器,并且在考虑一定的干扰后进行了仿真试验。仿真结果表明该控制策略对于消除船舶参数激励横摇系统的混沌现象是十分有效的,并且其鲁棒性能令人满意。     

不规则波中船舶参数横摇的概率分析

从概率的角度探讨不规则波中船舶参数横摇的特性。参数横摇伴随着船舶大角度横摇,不仅会降低船舶舒适性,而且当横摇角过大时还会造成集装箱的破坏与落水,带来经济损失。在不规则波中,船舶初稳性高是随波浪而随机变化,参数横摇呈现出非线性和随机性,因而增加了对这一问题的研究难度。采用数值模拟,从概率的角度探讨船舶在不规则随机纵浪中的参数横摇,用频率分布直方图分析不规则波中横摇角的频率分布,并分析横摇角概率分布受运动方程初值的影响。结果表明:不规则波中参数横摇的数值模拟结果会受运动方程初值的影响,不同的运动方程初值会导致不同的概率分析结果,可以选取合适的时间段,以减小初值的影响。     

大型船舶横向非线性减摇自适应控制系统

传统船舶横向非线性减摇控制系统使用PID模糊控制器,在随机复杂海浪情况下横摇角恢复慢,减摇控制效果差,因此设计一种大型船舶横向非线性减摇自适应控制系统。系统硬件设计中设计了整体硬件架构,并针对减摇鳍的构造与船舶行驶特征设计工作流程,调整角度实现减摇;软件设计中,利用改进的无模型自适应控制方法嵌入到系统中,引入混沌遗传优化算法增强自适应能力,增强控制效果。为验证设计系统的控制效果,设计实验,设计系统的减摇率为24.67%,与传统系统相比提高了7.34%,说明设计系统减摇控制性能更优越。     

破损进水舰船非线性横摇运动的实验研究

通过设计破损舰船非线性横摇运动实验,对不同状态下的船模进行定频率变波高和定波高变频率的横摇激振试验,探讨舰船横摇运动的水动力特性随横摇频率和横摇幅角变化规律,分析Ⅱ类和Ⅲ类进水舱对破损舰船横摇运动的水动力特性的影响。运用混沌信号识别技术分析破损舰船进水后横摇运动的混沌特性,验证数值仿真的结果,预报破损舰船在规则波中的横摇运动的幅频响应和相频响应。     

SWATH船运动中断分析和减横摇控制器设计

针对SWATH船实航时产生的水平筛动问题,研究由横荡、横摇和艏摇的耦合运动产生的船舶运动中断(MII),提出设计SWATH船稳定鳍减横摇控制器,减小MII。通过理论分析MII产生原因和SWATH船稳定鳍工作时产生减摇作用的力和力矩特性,验证利用稳定鳍减小SWATH船横摇运动,抑制MII的可行性。在保证SWATH船升沉和纵摇运动的基础上,设计稳定鳍减横摇控制器,减小SWATH船横摇。仿真结果表明,控制器使SWATH具有良好的纵向运动性能,有效减小了横摇运动,抑制MII。     

减摇鳍PID控制器参数的修正

为了克服现有减摇鳍系统PID控制器参数选择难的问题,提出了用实际海试结果修正减摇鳍系统PID控制器参数的方法;通过对某船实际海试结果的分析和仿真,修正了设计阶段得到的PID控制器参数,从而极大地改善了系统的减摇效果;在减摇鳍PID控制器设计中,船舶固有横摇周期T对参数选定影响大,而无因次横摇阻尼ξ的影响较小,因此控制器参数调节应以船舶固有横摇周期的变化为主.     

随机风浪下的游艇稳性可靠度计算

建立游艇横摇运动微分方程,利用马尔科夫过程理论和路径积分法进行求解,得到游艇横摇角概率密度函数。借鉴结构可靠性计算方法建立游艇稳性概率计算模型,采用当量正态化法(JC法)求解得到游艇稳性可靠度。实例计算表明:游艇在不同海域下的稳性可靠度存在一定差异,随着外界风浪增大,游艇稳性可靠度呈逐步下降趋势,且都存在一个快速下降的波高区间。该方法能够更科学地评判游艇在不同航行条件下的稳性状况,是游艇稳性横准研究的发展方向之一。     

风浪流作用下单船艏艉锚泊允许波高的试验研究

研究风浪、浪流和风浪流联合作用对275HP拖网渔船单船艏艉双锚锚泊时锚泊力和运动量的影响。试验结果表明,风浪作用下的锚泊力和横摇角度均大于纯浪作用的情况;流速小于1.0 m/s时浪流作用下的锚泊力大于纯浪作用的情况,而横摇角度则略小于纯浪作用的结果;风浪流联合作用下的艏艉拉力均大于风浪或浪流作用下的拉力值。由于渔船艏艉受风和受流面积的区别,导致艏拉力时流的影响较大,而艉拉力时则风的影响较大。由于流作用时渔船具有的初始横摇角度对其运动具有抑制,从而风浪流联合作用时的横摇角度要略低于风浪作用下的角度值。在本次试验范围内,当港内同时有10级左右风和小于1.0 m/s流速的流共同作用时,建议允许有效波高取0.6 m比较合适。     

船队风浪中操纵可控区的计算

通过顶推和绑拖两种编队在长江A级航区风浪环境条件下航渡时操纵可控区的计算,建立了风浪环境条件保向性计算模型,给出了船体、转动导管(舵)水动力及风、浪环境力计算表达.计算结果表明就风浪中操纵控制能力而言,顶推编队好于绑拖编队,建议船坞编队航渡时采用顶推编队.     

风暴中船舶安全池破损问题

选用实际在航货船船型,运用理论和模型试验相结合的方法确定非线性横摇运动方程各系数,研究了随机波浪和随机风中船舶安全池的破损问题.引入定量分析方法,考虑扰动波谱(例如ITTC谱)对安全池破损的影响以及脉动风速谱的作用,进一步揭示了安全池破损的内在机理及影响因素.本文认为,计算安全池时应选择合适的扰动波谱,风速脉动特性的影响是不能忽略的.     

薄板焊接变形高精度预测方法的研究

采用固有应变方法预测焊接变形时,传统方法是把纵向收缩、横向收缩和角变形这三成分作为接头的固有变形来估算焊接变形。但是,由于薄板的刚度低,在纵向方向上的弯曲变形也较明显,采用传统方法会影响薄板焊接变形的预测精度。为提高精度,文章对传统的方法进行了改进,开发了包括考虑纵向弯曲在内的四成分固有变形数值计算方法来预测薄板焊接变形。数值模拟结果表明:运用该方法预测薄板的焊接变形时,比传统的方法有更高的精度,而且预测结果与热弹塑性有限元的模拟结果十分吻合。     

船舶倾覆机理的新见解

利用“对振式可控力矩横摇装置”进行船模允许甲板入水的系列激振横摇实验，得到非线性横摇的实际而准确的数学模型，据此通过风浪联合作用下的动态横摇过程的数值模拟，探讨船模在横风横浪下的倾覆机理，从而形成新见解：翻船是动力横摇的极限运动，临界倾覆于高位平衡点稳定性的丧失。     

小型快艇结构耐撞性研究

船舶碰撞是一种复杂非线性瞬态响应过程,在碰撞区内的构件一般迅速进入塑性流动状态,出现撕裂、屈曲等形式的破坏和失效,因此对小型快艇结构碰撞特性进行分析非常必要。分析了艇艏撞击作用下快艇舷侧加筋结构的渐进破坏过程,给出了撞深曲线。为表征小型快艇船体结构的耐撞性能,建立了基于综合考虑塑性应变衡准和撞深衡准的小型艇结构耐撞性评价模型。最后,运用有限元法进行数值分析,开展快艇改进舷侧的结构耐撞性优化研究。数值分析表明,对于中小型快艇,碰撞损伤主要是艇体的总体弯曲变形,损伤变形区域占全船的比例较大,采用塑性应变衡准和撞深衡准能有效地刻画中小型快艇结构耐撞性。     

船舶参数激励非线性随机横摇运动分析

研究了随机纵浪中船舶的参数激励横摇运动。将船舶初稳性高作为时变的随机参数激励,应用随机平均法和FPK方程,分析了船舶的参数激励横摇运动微分方程。考虑航速、船舶瞬时湿表面积及随机波浪,建立了船舶横摇幅值概率密度、概率分布函数及其均值的计算方法。以某渔政船为例,计算了不同航速时船舶随机横摇幅值的概率密度、概率分布函数及其均值。结果表明,参数激励谱峰频率为横摇固有频率的2倍时,发生主参数共振,船舶横摇严重,船舶倾覆发生的概率增加。     

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.     

Finite-volume simulation method to predict the performance of a sailing boat

 A flow-simulation method was developed to predict the performance of a sailing boat in unsteady motion on a free surface. The method is based on the time-marching, finite-volume method and the moving grid technique, including consideration of the free surface and the deformation of the under-water shape of the boat due to its arbitrary motion. The equation of motion with six degrees of freedom is solved by the use of the fluid-dynamic forces and moments obtained from the flow simulation. The sailing conditions of the boat are virtually realized by combining the simulations of water-flow and the motion of the boat. The availability is demonstrated by calculations of the steady advancing, rolling, and maneuvering motions of International America's Cup Class (IACC) sailing boats. Received: December 25, 2001 / Accepted: March 26, 2002