路基稳定性分析中圆弧滑面几何参数求解方法的改进

文献[1]采用解析几何方法推导出圆弧法滑弧几何参数的解析解公式,并得出了较好的结果。但文献[1]的解析解是以36°法为基础。实际边坡稳定性验算中,4．5H法在重要边坡中使用更多,精度也更好。本文参照文献[1]的求解方法,以4．5H法为基础重新推导出圆弧法滑面几何参数的解析解。多种算法算例对比表明,改进算法的计算结果更为合理。     

船舶开孔梁局部屈曲的无网格MLPG分析方法

[目的]针对船舶开孔梁板易产生局部屈曲效应、受到较高的集中载荷作用会产生明显的结构响应和屈曲破坏力的问题,提出采用无网格数值方法对该类问题进行数值分析。[方法]首先,以问题域离散节点为基础建立其紧支函数,运用加权余量法建立系统位移场离散方程,并由移动最小二乘法构造离散节点的形函数,以获得位移函数的逼近函数;然后,结合经简化的屈曲评估法,将屈曲方程特征值求解进行降阶处理,得到更为精确的屈曲载荷因子;最后,进行算例演示,比较所提方法和传统计算方法并进行验证。[结果]结果显示,所提方法有效,其结果与原结构有着更高的契合度。[结论]针对开孔板梁的无网格法数值分析特性可为分析各种形状的蜂窝状板梁结构提供一种新的思路。     

船舶典型节点弯曲载荷作用下极限强度试验研究

[目的]船舶结构中的各构件是由节点连接在一起的,连接节点的力学性能对整船的极限强度影响很大。为了解节点的受力特性,[方法]通过对不同节点型式的试件进行弯曲载荷下的极限强度试验,分别得到其载荷位移曲线、节点应力分布以及破坏形式,并分析各试件的极限强度与平均刚度特性。[结果]结果表明:三角形肘板加强节点试件的极限强度大于圆弧形过渡加强节点试件,但其平均刚度比较大的圆弧试件小;在同等载荷条件下,三角形肘板加强节点处的峰值应力大于圆弧形过渡的加强节点试件;不同大小、相同节点形式试件的破坏形式相同,而大小相同、节点形式不同试件的破坏形式则差别很大;大小两组试件间的极限强度与平均刚度的变化规律一样,但变化的程度不一样。[结论]所做的分析及试验结果可以指导优化船舶的节点设计。     

基于蒙特卡洛方法的三体船侧体运动响应优化

[目的]为研究三体船侧体布置对三体船运动性能的影响,[方法]基于蒙特卡洛方法和势流理论,提出一种三体船侧体布局对运动性能影响的优化方法,给出多目标的优化模型和计算技术。首先,采用蒙特卡洛方法选取方案,并用AQWA软件(势流理论)计算不同方案的运动响应;然后,通过比较各种方案的横摇、纵摇和升沉运动响应,选取这3个指标均小于原始船型的方案为优化方案。[结果]结果表明:在规则波中,侧体位于主体舯前位置可以减小三体船的运动响应,在不规则波中,可以减小三体船的横摇运动响应;在规则波中,增大侧体与主体之间的横向距离,可以同时减小三体船的横摇和纵摇运动响应。[结论]研究三体船侧体布局对运动的影响时,采用蒙特卡洛方法和势流理论相结合的优化方法可以提高计算效率并保证计算精度。     

关于EEDI衡准基面的研究

在文献[4]指出的船舶EEDI(能效设计指数)衡准基线必须考虑船速影响的基础上,进一步提出了船舶EEDI衡准基面的概念.它的函数形式是aVb△c,其中V是船速,△是船的装载量,a、b和c是待定常数,它们随船舶类别而异,由该函数从V和△两个变量方向对同一类船的大量子样进行最小二乘方拟合而定.经实例验证,本文提出的方法比文献[2]的船舶EEDI衡准基线方法更合理、更准确,比文献[4]的船舶EEDI衡准基线簇方法更方便,可以作为船舶EEDI合格与否的更好的检验衡准.     

应用于中频逆变电源的基于切-割线中点逼近的不对称规则采样SPWM方法

[目的]为了降低中频逆变电源的开关频率,保证输出波形质量,同时易于数字化实现,提出一种基于切-割线中点逼近的SPWM采样方法。[方法]推演证明能够逼近自然采样法的数量关系,并搭建Matlab/Simulink仿真模型,将此算法设计应用在中频逆变装置上,从仿真与试验两个方面验证所提方法的正确性。[结果]仿真结果表明,基于切-割线中点逼近法的输出波形的总谐波失真为2.64%,小于对称规则采样法的3.99%。现场工程试验结果表明,基于切-割线中点逼近法的波形质量明显优于对称规则采样法,既降低了开关频率又兼顾了总谐波失真要求。[结论]基于切-割线中点逼近的SPWM采样法应用在中频电源中,有效克服了对称规则采样法输出波形质量不高、开关频率高等不足,理论分析和工程实践均验证了所提方法的合理性与正确性,并可广泛推广到中频电源实装领域。     

轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法北大核心CSCD

[目的]当前常规的船体曲面设计局限于现有母型船设计空间,并且不能以足够少的参数驱动生成设计船型。为了解决上述问题,[方法]将吃水函数与NURBS方法相结合,提出船舶自行设计垂向参数化方法。以船体水线为基本设计单元,以平底线、设计水线、首尾轮廓线、平边线及最大横剖线为特征约束,以特征参数对应的吃水函数值为设计目标,建立水线逼近模型。可应用进化算法对该逼近模型进行求解,最后通过蒙皮法生成船体曲面。[结果]相关特征线的设计实例表明了该方法的实用性和先进性。[结论]应用该方法可以通过尽可能少的数据量完成船体曲面设计,且更适用于新船型的自行设计。     

轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法

[目的]当前常规的船体曲面设计局限于现有母型船设计空间,并且不能以足够少的参数驱动生成设计船型。为了解决上述问题,[方法]将吃水函数与NURBS方法相结合,提出船舶自行设计垂向参数化方法。以船体水线为基本设计单元,以平底线、设计水线、首尾轮廓线、平边线及最大横剖线为特征约束,以特征参数对应的吃水函数值为设计目标,建立水线逼近模型。可应用进化算法对该逼近模型进行求解,最后通过蒙皮法生成船体曲面。[结果]相关特征线的设计实例表明了该方法的实用性和先进性。[结论]应用该方法可以通过尽可能少的数据量完成船体曲面设计,且更适用于新船型的自行设计。     

带漂角和输入饱和的水面船舶航向控制

[目的]为处理水面船舶航向控制过程中受到的非零漂角和输入饱和影响,提出一种基于反步法的航向控制方法。[方法]首先,利用相对速度求出实际漂角,再通过漂角对航向角误差进行修正;然后,采用一种预滤波方法减小航向改变时对航速变化的影响,同时引入双曲正切函数和Nussbaum函数逼近输入约束,结合自适应律对逼近误差和艏摇方向上的扰动进行估计;最后,借助指令滤波器简化反推过程,并通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。[结果]仿真结果表明,所提控制器有效减小了水面船舶的航向输出误差,且能始终保持较小的控制输入力矩。[结论]研究成果可为水面船舶航向控制设计提供参考。     

加筋复合材料夹层板强度子模型分析方法研究北大核心CSCD

[目的]旨在解决全局模型壳、体单元混合边界位移在子模型驱动边界上的转换加载问题。[方法]首先,以加筋复合材料夹层板为研究对象,运用Python语言对ABAQUS进行二次开发,编写边界位移的插值程序,以实现壳、体混合边界节点自由度向子模型驱动边界上的转换;然后,通过对比子模型与全局模型之间的应力、位移云图,以及各路径上的应力、位移变化曲线,验证所提出方法的正确性。[结果]结果显示,全局模型在子模型区域的位移、应力云图与子模型基本一致,子模型与全局粗网格模型的位移完全重合,应力变化趋势一致;子模型与全局细网格模型的应力误差最大不超过12.5%。[结论]所做工作可为子模型方法的应用提供参考。     

纵浪上船舶的动稳性研究

在纵浪上航行的船舶，当升沉（或纵摇）固有频率约为横摇固有频率的2倍时将发生参数激励主共振。本文考虑升沉对横摇的耦合作用，建立了非线性参数激励横摇运动方程。用多尺度方法对方程进行求解，用Floquet理论和分岔理论对定常解进行稳性分析，获得了参数激励主共振下的不稳定域和可以导致船舶倾覆的多数区域，为船舶的动稳性研究提供了一种新的方法。与数值结果的比较验证了本文的结论。     

总纵强度耦合作用下船体板架振动计算

船体在海上营运时，船体产生中拱状态弯曲和中垂状态弯曲，所以船体板架是处在复杂弯曲状态。以往船体板架振动计算都忽略了这种影响。本文讨论用有限元方法和原理应用于这类计算，推导了板架局部振动的计算方法，给出了计算实例。通过计算表明，本文方法可用于实际，为舰船振动校核计算提供了手段。     

任意结构形状传感器阵方向图的最佳化

本文介绍一种处理传感器阵方向图最佳化问题的新方法,即所谓凹槽噪声场法。这种方法将通过计算机仿真来实现。原理上说,这种方法可以用来计算任意结构传感器阵的最佳权系数矢量和最佳方向图,以满足主瓣方向和宽度的要求,并使旁瓣级为最小。因此这种方法有可能用来解决传感器阵设计、应用中的许多实际问题,例如少数传感器失效、阵的尺寸误差过大,单个传感器的方向图互不一致,以及阵的结构形状复杂等。文中提供了一些计算实例,以说明本方法的优点,包括有一个“随机阵”的方向性设计。     

不同类型船舶二代完整稳性的最大重心高度研究（英文）

Currently, second generation intact stability criteria are being developed and evaluated by the International Maritime Organization(IMO). In this paper, we briefly present levels 1 and 2 assessment methods for the criteria of pure loss of stability and parametric roll failure modes. Subsequently, we show the KG_(max) curves associated with these criteria. We compute these curves for five different types of ships and compare them with the curves embodied in the current regulations. The results show that the safety margin ensured by the first level-1 method of calculation for both pure loss of stability and parametric roll seems to be excessive in many cases. They also show that the KG_(max) given by the second level-1 method and by the level-2 method may be very similar. In some cases, the level-2 method can be more conservative than the second level-1 method, which is unanticipated by the future regulation. The KG_(max) curves associated with parametric roll confirm that the C11 container ship is vulnerable to this failure mode. The computation of the second check coefficient of parametric roll level 2(C2) for all possible values of KG reveals the existence of both authorized and restricted areas on the surface formed by both the draft and KG, which may replace the classical KG_(max) curves. In consequence, it is not sufficient to check that C2 is lower than the maximum authorized value(R_(PR0)) for a fixed ship's loading condition.     

简单Green函数法求解三维水动力系数

本文提出用简单Green函数1/r求解无航速的三维物体在水面、水下或在无界域中作各向振荡时水动力系数的数值方法。对于无穷远处扩散条件转换成辐射面条件的问题作了专门的考虑,即用圆柱将物体包围在其内部,该圆柱将流场分成内、外两部分,外部域中速度势的特征函数展开式与内部域中用Green公式求得的解相匹配。 根据本计算方法编制的程序对一些典型情况作了试算,其中包括在水面振荡的半球、方盒和圆盘的水动力系数曲线;水面及水底对圆球水动力系数的影响等。为考核本方法,与其它计算方法得到的结果作了比较。对方盒的三维结果与切片法作了比较。     

随机载荷作用下的板架结构的主动控制分析

本文应用控制论原理,以一个板架结构为例,分析、探讨了采用主动控制方法减小海洋工程结构弹性振动的新问题。 文章建立了受控板架的运动方程。求得了描述受控板架系统特性的传递函数和状态方程。证明该系统是可控的、可观测的,其稳定性是可以保证的。文章进一步分析论证了控制一部分主振形的可行性、实用性。证明一旦消除了观测溢出和控制溢出,就可消除受控振形与剩余振形之间的相互耦合作用,保证系统的稳定性、可控性和可观测性。文章指出了消除观测溢出与控制溢出的途径。分析比较了位移、速度、加速度型三种不同的传感器对系统特性的影响。论证除了控制系统电子器件的增益外,传感器和控制力的位置也是影响系统特性的十分重要的因素,通常应尽可能布置在受控振形的峰值点,剩余振形的结点上。最后通过一实例的计算,给出了一个板架受控前后的响应值,证实了主动控制所取得的良好效果。     

基于强化学习的自主式水下潜器障碍规避技术（英文）

Obstacle avoidance becomes a very challenging task for an autonomous underwater vehicle(AUV) in an unknown underwater environment during exploration process. Successful control in such case may be achieved using the model-based classical control techniques like PID and MPC but it required an accurate mathematical model of AUV and may fail due to parametric uncertainties, disturbance, or plant model mismatch. On the other hand, model-free reinforcement learning(RL) algorithm can be designed using actual behavior of AUV plant in an unknown environment and the learned control may not get affected by model uncertainties like a classical control approach. Unlike model-based control model-free RL based controller does not require to manually tune controller with the changing environment. A standard RL based one-step Q-learning based control can be utilized for obstacle avoidance but it has tendency to explore all possible actions at given state which may increase number of collision.Hence a modified Q-learning based control approach is proposed to deal with these problems in unknown environment.Furthermore, function approximation is utilized using neural network(NN) to overcome the continuous states and large statespace problems which arise in RL-based controller design. The proposed modified Q-learning algorithm is validated using MATLAB simulations by comparing it with standard Q-learning algorithm for single obstacle avoidance. Also, the same algorithm is utilized to deal with multiple obstacle avoidance problems.     

KG<Subscript>max</Subscript> curves associated with second generation intact stability criteria for different types of ships

Currently, second generation intact stability criteria are being developed and evaluated by the International Maritime Organization (IMO). In this paper, we briefly present levels 1 and 2 assessment methods for the criteria of pure loss of stability and parametric roll failure modes. Subsequently, we show the KG_max curves associated with these criteria. We compute these curves for five different types of ships and compare them with the curves embodied in the current regulations. The results show that the safety margin ensured by the first level-1 method of calculation for both pure loss of stability and parametric roll seems to be excessive in many cases. They also show that the KG_max given by the second level-1 method and by the level-2 method may be very similar. In some cases, the level-2 method can be more conservative than the second level-1 method, which is unanticipated by the future regulation. The KG_max curves associated with parametric roll confirm that the C11 container ship is vulnerable to this failure mode. The computation of the second check coefficient of parametric roll level 2 (C2) for all possible values of KG reveals the existence of both authorized and restricted areas on the surface formed by both the draft and KG, which may replace the classical KG_max curves. In consequence, it is not sufficient to check that C2 is lower than the maximum authorized value (R _PR0) for a fixed ship’s loading condition.     

参数化的船型设计方法

根据特征参数和特征线,生成光顺的船体线型是造船工作者梦寐以求的目标。基于光顺曲线的参数化设计,提出了参数化的船型设计方法。该方法可根据特征参数和特征线快速开发出具有优秀航行性能的、光顺的船舶型线。设计实例表明了该设计方法的可行性。     

边界任意弹性约束薄板的横向振动(英文)

This paper presents an analytical study on the influence of edge restraining stiffness on the transverse vibrations of rectangular plate structure. An improved Fourier series method was employed to analyze the transverse vibration of plate structure with general elastically restrained boundary conditions. A linear combination of a double Fourier series and eight auxiliary terms was sought as the admissible function of the flexural displacement of the plate, each term being a combination of a polynomial function and a single cosine series expansion. The auxiliary terms were introduced to ensure and improve the smoothness of the original displacement function and its derivatives at the boundaries. Several numerical examples were given to demonstrate the validity and accuracy of the current solution. The influences of translational and rotational stiffness on the natural frequencies and mode shapes of plate were analyzed by numerical results. The results show that the translational stiffness has bigger influence on the natural frequencies than the rotational stiffness. It is generally well known that little change of the rotational stiffness has little influence on the mode shapes of plate. However, the current work shows that a very little change of rotational stiffness value may lead to a large change of the mode shapes of a square plate structure.