Bayes小样本统计理论在舰艇导航装备维修中的应用

舰艇导航装备属于高精度、高可靠性、高成本的精密设备。为了解决大型导航设备在小样本条件下的维修性评估问题,研究了Bayes小样本统计理论在导航装备维修中的应用。根据导航装备维修时间的小样本数据,进行了数据的K-S检验,建立了导航装备的维修时间分布模型,运用Bootstrap方法对确立的模型进行参数辨识,确定了导航装备的平均修复时间、中位修复时间、最大修复时间等参数,结果表明Bootstrap方法的有效性和准确性。     

通航小尺度船模相似性问题

通航小尺度船模在港口及内河通航模拟研究中得到了广泛的应用，而相似问题是小尺度船模研究的重要环节。文中对通航小尺度船模几何相似、水动力相似、驾驶视角相似、时间比尺问题特别是操纵性尺度效应及修正办法进行了分析探讨，还对在港口及枢纽口门区等有限水域中船模试验应注意的几个问题及试验方法等方面的问题进行了讨论。     

边坡变形时间序列预报的修正DMG模型

边坡系统的复杂性使得部分位移监测序列呈现出非线性分布特征,GM(1,1)模型、Verhulst模型有时不能解决上述时间位移序列的模拟问题,而DMG模型适合解决具有摆动发展趋势的序列问题,此时可以考虑采用DMG模型。边坡变形监测时间序列一般为非等时距序列,可采用Lagrange线性插值法进行等时距化处理。建立了DMG模型,通过联合使用残差修正模型的方法,使模拟的结果达到较高的精度。运用DMG、GM(1,1)和Verhulst模型对某高速公路边坡变形序列进行了模拟,通过对比分析验证了这种模型在边坡变形模拟预报方面应用的可行性。     

对接焊残余应力的有限元分析

针对应用有限元方法进行焊接残余应力数值预报时模拟普遍存在的三维模拟过程复杂、计算时间冗长、计算费用较高的问题,通过引入焊接热循环过程的加热和冷却时间比,提出了以线热源代替点热源的简化数值预报方法,使三维问题简化为二维问题进行数值模拟,大大节省了计算时间.数值计算结果表明:文中提出的焊接残余应力的数值预报方法能满足焊接力学分析的精度要求,节省了大量的计算时间,可以应用于工程实际.     

氯盐环境下钢筋混凝土构件抗力的时变概率模型

氯盐环境下,钢筋混凝土结构的耐久性问题十分突出。其中,钢筋锈蚀、混凝土强度降低以及钢筋与混凝土之间的粘结性能退化是影响结构长期承载能力的最关键因素。在探讨钢筋混凝土构件长期承载力退化的过程中,大部分学者认为可采用结构的初始抗力与某一衰减函数之间的乘积来量化其抗力随时间的变化规律,结构抗力的概率分布的统计参数(均值、标准差)也相应的采用上述衰减函数进行拟合。事实上,均值和标准差随时间的变化规律并不相同,需要分别研究其各自的时变规律。文章将既有钢筋锈蚀、混凝土强度、钢筋混凝土粘结性时变模型中的主要影响参数(如:抗压强度、W/C等)均作为随机变量,提出了氯盐环境下钢筋混凝土结构抗力退化的随机模拟方法。基于该方法,对构件抗力概率分布的均值和标准差采用不同的时变函数进行拟合,建立了构件抗力的时变概率模型。以天津地区某高桩码头工程项目为例,通过上述随机模拟方法,计算得到了不同时刻下不同重要构件抗力的概率分布和统计参数。在此基础上,采用基于区段离散化思想的时变可靠度分析方法,评估了实例高桩码头中各重要构件在服役期内的时变可靠度。     

基于镜像SPH的三维容器液体晃荡研究

基于SPH方法对液体在三维矩形容器中的非线性晃荡问题进行了数值模拟研究。采用镜像粒子边界建立三维模型,成功解决传统SPH方法在容器壁产生缝隙的问题。对横荡和横摇两种容器运动形式进行数值模拟,在液面时间历程、不同时刻液体形态、点压强以及液体晃荡作用力等方面与其他学者的实验研究结果和数值计算结果进行对比验证,表明此三维模型的正确性。     

弹性船体波激响应时域过程的数值模拟

本文从入射波的波浪现实出发，用非线性水弹性积分─微分法进行船体运动和结构动响应的时间历程模拟，直接将试验测量结果与理论计算在时域内作比较，这有利于揭示砰击和上浪等非线性瞬态作用导致冲荡响应的力学机理。这种模拟及其验证方法避免了对理论和试验结果的统计特性进行比较时，因子样长度的限制和数据处理过程所带来的不确定性，比峰值比较更能说明波激响应数学模型的精确性和可靠性。     

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.     

基于改进遗传算法的车辆优化调度研究

针对物流配送过程中车辆调度问题,建立了带时间窗的物流配送车辆优化调度数学模型,采用改进后的遗传算法进行了模型求解。模拟结果表明,本文设计改进后的遗传算法在求解时间和求解效果上具有良好的性能,尤其对求解大规模的物流配送车辆调度问题,具有一定的实际应用价值。     

基于CFD分析的船舶横摇运动统计特征

船舶大幅度横摇的准确预报一直是船舶工程界关注的热点研究方向之一。基于CFD软件Fluent对船舶横摇问题进行了数值模拟研究,建立了船体自由横摇运动的有限体积模型。通过对一系列船体于静水中作不同初始横摇角的自由横摇运动进行数值模拟,分析得出船体横摇非线性过程中横摇角幅值存在一定的统计规律,并提出基于此统计规律对船体的大幅横摇运动进行数值预报的方法。     

Efficient long-term fatigue analysis of deepwater risers in the time domain including wave directionality

Accurate fatigue assessment is a challenging and crucial aspect of riser design. The prediction of the long-term fatigue damage must account for numerous sea states of different wave heights, periods, and directions. Each sea state entails a dynamic analysis, often performed in the time domain owing to the significant nonlinearities. Because of the short-term uncertainties from irregular waves, the simulation duration must be sufficiently long for results to converge. To alleviate the hefty computational cost of long-term fatigue analysis, researchers have proposed efficient methods, but these are not without drawbacks; in particular, wave directionality is commonly neglected. This paper presents an efficient method for long-term fatigue analysis based on time domain simulation, considering wave directionality among other things. The proposed method is based on an enhanced version of control variates to reduce the variance in Monte Carlo simulations (MCS). The control function is constructed by training artificial neural network (ANN) models using existing MCS data. Here, a customized scheme is developed to allow for the situation that the training data and ANN prediction cases have different wave directions. The proposed method is unbiased and provides an error estimate. Simulations are performed on a floating system, and the proposed method is found to improve the efficiency of MCS significantly. Different scenarios such as fixed and random wave directions are compared, confirming that wave directionality is critical and should be included in a long-term fatigue assessment.     

数值波浪水槽中的被动式消波

采用边界元方法,建立一种非线性数值波浪水槽,借助吸收海岸和被动吸收式推板消波的方法,处理波浪模拟中的消波,检验水槽内不同频率的波浪吸收效果,并长时间模拟服从JONSWAP谱的不规则波;结果表明,这种消波方法可以满足长时间计算需要,可为工程研究奠定基础。     

波浪力作用下开孔沉箱码头胸墙开裂原因分析

针对开孔沉箱结构现浇混凝土胸墙开裂问题,采取理论分析、数值模拟、现场测试、原型观测、物理模型试验等手段,得出波浪力作用下开孔沉箱上部现浇混凝土胸墙开裂的原因。建立基于互联网+光纤传感技术的开孔沉箱顶板底部波压力在线监测系统,实时获取不同波浪要素下的顶板底部作用力及分布规律,采用物理模型试验测定开孔沉箱在波浪作用下顶板底部受力特征,验证现场监测数据的合理性,并提出工程优化措施的建议。结果表明,波浪力的作用是本工程胸墙开裂的根本原因,应加强早期的防浪工程措施,以减小波浪力的影响。     

基于谱的海浪模拟与谱估计

针对掠海飞行器系统仿真的需要,研究了海浪仿真方法。选取P—M谱作为海浪谱,通过海况确定波谱参数,在波谱仿真带宽内采用频率等分法对其进行分割,根据Longuest—Higgins海浪模拟模型进行仿真,得出了海浪时域波形。并采用Welch法进行波谱估计,从波谱能量度量,仿真精确度达到了99．22％。     

利用数学模型进行港内长周期波浪风险分析

针对港内长周期波风险问题,使用MIKE 21 BW模型建立了港内波浪传播数学模型。模型的构建使用了白噪谱和天然波况作为入射波浪条件。基于白噪谱的模拟结果,使用数字滤波技术分析了港池固有共振周期,并给出了相应共振周期下的水面高程和能量密度分布;基于天然波况的模拟结果,提取了泊位处的波高时间序列,以30 s为界限,分离出了长周期波。以西非某港为例,探讨了港池的长波风险,模拟结果可作为港池布局的参考依据。     

舰船顶浪遭遇畸形波的波浪水池数值模拟研究

畸形波对船舶航运极具威胁,已引发多起海上事故,因此有必要对舰船遭遇畸形波进行数值模拟。基于长峰波随机海浪模型,在相位调制生成畸形波的同时考虑了舰船航速的影响,可以对舰船在顶浪航行定时定点遭遇畸形波的非线性波浪环境进行建模,利用CFD生成数值波浪水池,并对畸形波生成过程中畸形参数、峰度、陡度的变化以及速度分量随深度的变化进行分析,从一定程度上反映畸形波的演化特性,并验证数值模拟的有效性。     

渤海波浪地理信息系统的建立

随着地理信息系统(GIS)的广泛应用,建立一个具有波浪预报或后报功能的信息系统为工程建设服务,不仅十分必要,而且随着波浪模拟技术的发展变得可能。文中论述了采用第三代波浪模型中的SWAN(SimulatingWAves Nearshore)来模拟渤海波浪场,在获得较长时间波浪模拟结果的基础上,对渤海波浪地理信息系统的建立进行了一些尝试和探索。这些波浪资料对于港口及海洋工程是十分必要的。     

时段选取对波浪玫瑰图绘制的影响

利用Matlab数据库工具箱实现了对水文观测数据库数据的调用。基于日照海洋观测站10年实测资料,编程绘制了不同时段的波浪玫瑰图,比较分析了时段的长短对波浪玫瑰图绘制的影响。结果表明,日照港宜采用不少于5年的实测资料,由此绘制的波浪玫瑰图才能反映不同波级在各个方向上的长期变化趋势。     

长江口围垦工程越浪数值模拟研究

运用基于非线性浅水方程的SWASH模型对长江口围垦工程的越浪进行模拟研究。采用垂向结构提高了模型的色散性,使模型适用于深水区,考虑垂向加速度的作用,使浅水区域的模拟更加精确。根据实际具体工程对模型进行验证并与海堤规范计算结果进行比较。研究表明:该模型和海堤规范都能很好地对越浪量进行计算,模型计算结果更为精确,工程中栅栏板对波浪的耗散等还需在数模中进一步概化和优化。     

MIKE21-BW模型在日照港总平面设计方案可行性研究中的应用

通过使用丹麦DHI公司开发的平面二维河口与海岸模拟软件MIKE21-BW模型,运用波浪数学模型方法,对日照港工作船码头防浪措施工程总平面设计方案的可行性进行了论证。通过工程前后对比试验,确定了合理的设计方案,同时也指出了设计中应该注意的一些问题。