海洋结构物疲劳裂纹扩展寿命的一种工程预报方法

海洋结构物疲劳寿命的准确预报对海洋结构安全具有重要意义。基于裂纹扩展的寿命预报相比于常规的基于累积损伤理论的寿命预报方法,能够考虑载荷次序、初始缺陷等重要因素的影响,各大船级社极力推进裂纹扩展理论在海洋工程中的应用。文章从裂纹扩展法则、应力强度因子求解、疲劳载荷谱模拟上对裂纹扩展理论的工程应用进行研究,试图找出准确、合理且相对简单的方法。结合裂纹扩展的单一曲线模型、基于有限元子模型技术的应力强度因子求法以及基于谱分析的疲劳载荷谱产生方法,对某半潜式钻井平台典型焊接节点进行基于裂纹扩展疲劳寿命预报,并讨论了初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。结果表明,该半潜平台焊接结构符合设计寿命的要求,初始裂纹尺寸对疲劳寿命影响很大,可为海洋结构物基于裂纹扩展的疲劳寿命预报提供参考。     

舰船摇摆下舰载火箭弹初始扰动可能域研究

舰船摇摆产生的过载将对舰载火箭弹的初始扰动产生影响。初始扰动是影响舰载火箭弹密集度水平的主要因素,但却无法由现有的试验水平测得。本文采用有限幅值随机激励仿真的方法,同时考虑舰船的横摇和纵摇运动,得到了不同安装位置下舰船摇摆引起的初始扰动可能域。仿真结果表明,横摇对初始扰动的影响大于纵摇对初始扰动的影响,但二者引起的初始扰动量级相同,因此对安装位置不在舰船横轴或纵轴上的舰载火箭弹的初始扰动进行计算时必须考虑舰船的纵摇运动。     

非线性聚焦生成畸形波规律之研究

非线性聚焦是畸形波生成的一种可能机理。采用可以描述非线性聚焦现象的四阶修正非线性薛定谔方程,模拟了边带扰动条件下波列空间演化过程中畸形波的生成。不同初始边带扰动条件和不同波陡等情况下的数值试验结果表明,满足边带不稳定性条件时,初始边带扰动条件和波陡对畸形波的生成具有重要的影响,并给出了畸形波生成的规律。     

数值波浪序列中的高频成分

可靠的波浪模拟方法对于海洋结构物水动力性能的评估而言至关重要。文章基于软件FLUENT,分别采用四种不同的网格模型,实现了对于规则波的模拟。文中采用VOF方法对自由液面进行捕捉,并采用动网格方法模拟摇板的运动从而实现造波。考虑到数值耗散及截断误差对数值模拟结果的影响,针对沿水池方向的波浪衰减情况进行了相关研究。为了避免造波板的初始运动所引起的波面扰动,引入了一种“缓入”方法使造波板缓慢地达到最大幅值的运动,有效地避免了初始扰动所带来的影响。数值模拟的结果分别与一阶和二阶理论解进行了对比。结果表明,该数值波浪模型能够给出可靠的预测,为下一步模拟强非线性波浪（如畸形波）奠定了基础。     

平台上层建筑局部振动预防方法研究

介绍了一种针对平台上层建筑局部振动的预报方法。以宏华海洋研发的一型自升式多功能支持平台为例,利用有限元法,预报其上层建筑局部振动。预报中除考虑了常规主机及推进器激振频率外,还考虑了泥浆泵及大型风机的影响。通过计算发现了上层建筑结构多处局部结构固有频率位于激振区间内。通过结构修改,改良了局部振动性能,预防了共振的产生,达到了预期目标。     

半潜式钻井平台风载荷CFD预报

在平台设计过程中,海洋平台受到的风载荷是稳性分析与结构设计需要考虑的重要因素。本文采用CFD技术,对某型半潜式钻井平台在作业工况下受到的风载荷进行了预报,分析了湍流模型、风速剖面形式、湍流强度分布等因素对半潜式钻井平台风载荷的影响。结果表明：不同湍流模型对海洋平台风载荷的预报偏差在2%以内,可以忽略湍流模型的影响;风速剖面对风载荷有较大影响,随着风速梯度的增加而增大;湍流强度分布对海洋平台风载荷的影响在6%以内。研究结论可为建立高精度的海洋平台风载荷数值预报方法提供技术支持。     

水下壳体结构低频辐射声功率预报方法研究

针对水下壳体结构低频辐射声功率预报问题,提出了在水下柱形结构中采用波数域单柱面声场分离技术与超声声强法相结合的方法。首先在非消声水池中获得柱形结构近场单全息面上的复声压和径向振速,通过单柱面声场分离技术获得向外传播的声波;然后采用超声声强法对向外传播声波中的倏逝波进行过滤,获得能够被传递到远场的传播波成分,进而对壳体远场辐射声功率进行预报,并与自由场辐射声功率进行对比,验证该方法对水下柱形结构辐射声功率预报的有效性;最后,分析影响预报结果精确度的因素,探究该预报方法的适用条件。结果表明,该方法对于声学水池中柱形结构低频声辐射预报有一定的工程应用价值,对减振降噪具有指导作用。     

半潜平台结构疲劳寿命评估方法比较

为了研究各种疲劳评估方法对海洋结构物疲劳寿命评估结果的影响,利用S-N曲线方法和断裂力学方法分别计算了半潜式海洋平台的疲劳寿命,分析比较了二者计算结果的差别.同时比较了疲劳载荷预报中谱分析方法和设计波法的计算结果,分析研究半潜式海洋平台结构关键节点疲劳应力计算中设计波和载荷参数的确定方法,为半潜式海洋平台的疲劳寿命评估提供依据.经过比较分析,认为S-N曲线方法和断裂力学方法应用于评估海洋结构物疲劳寿命均是可行的,使用设计波法来计算半潜式海洋平台横撑与立柱交点处结构疲劳寿命时应该以60°浪向的横向扭矩为特征设计波浪载荷来决定设计波参数比较合理.     

海洋力学环境建模及其分布式仿真应用

海洋力学环境建模是飞行器分布式仿真研究中的重要一环,它为飞行器控制系统仿真提供扰动环境,其模拟精度直接关系到仿真结果的置信度。文章首先简要介绍了环境仿真节点在分布式仿真系统中作用和数据传递关系,然后基于时空离散的思想提出了一种海洋力学环境建模方案并简要描述了环境参数的初始化、可视化设置、快速检索和插值方法。该方案及其算法已成功应用于某分布式仿真系统。     

舰船螺旋桨数值模拟中不同网格类型的比较

不同网格类型的使用对螺旋桨不同问题数值模拟的各个方面都有重要影响。在STAR-CCM+平台上,使用RANS方法 SST kω模型对第27届ITTC指定螺旋桨进行了数值模拟,并从网格生成效率、网格计算效率、预报准确性等3个方面对3种主流的非结构网格进行比较。预报准确性的比较又从宏观(螺旋桨推力和扭矩)和微观(涡结构、尾流压力场、局部流场)2个方面进行。使用3套不同粗细的网格分析了3种网格数量变化对数值结果的影响。结果表明:四面体网格具有最高的网格生成效率和网格计算效率,但细节预报最差,网格数量变化对结果影响大;修剪网格的生成效率和计算效率处在二者之间,但对流场细节的预报最好;多面体网格的生成效率和计算效率都最低,而细节的预报处在二者之间,网格数量变化对结果影响最小。     

一型小水线面双体船的水动力性能与结构设计

简要介绍了中国船舶重工集团公司(CSIS)建立和发展的一种小水线面双体船(SWATH)优化设计工程技术系统.主要包括SWATH船型的概念设计、主尺度与线型优化、有效功率预报、纵向运动稳定性校验及稳定鳍设计、耐波性预报、结构载荷评估、波浪中的船体结构动、静响应分析等有关设计、预报与评估的系统方法.并以一型1500吨级小水线面双体型海洋调查船设计和评估为例对有关设计方法进行了说明和验证,在该船设计中,采用线性和非线性三维水弹性理论来预报载荷与评估在波浪中航行船体的结构安全性,同时在中国船舶科学研究中心(CSSRC)的拖曳水池与耐波性水池中进行了阻力与自航、耐波性与操纵性、波浪载荷等船模拖曳及自航试验.文中还给出了该船有关优化设计及模型试验结果.     

船舶空间优化中遗传算法的应用

随着海洋经济的发展,船舶朝着大型化、强动力方向发展。船舶设计工程需要考虑空间、动力、结构各方面因素,本质是一个多目标优化问题。船舶优化涉及因素越来越多,传统的基于单目标的优化解决方法已经不能适应船舶的现代设计方法。遗传算法是模拟生物自然选择进化过程的算法,能够解决多目标优化中的多组非劣解集合问题。本文设计基于遗传算法的船舶空间优化方案,给出船型、空间与阻力之间的最佳方案,最后给出仿真结果。     

基于统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）的深潜器载人舱疲劳可靠性分析

疲劳是承受循环载荷的金属结构最重要的失效机制,现已有多种金属疲劳寿命预报方法。实际的设计、制造、加工和操作等工序环节中总是存在不确定性,这些不确定性的影响将在结构的疲劳寿命中富集,为此发展了疲劳可靠性分析。该文讨论了将疲劳可靠性分析方法和统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）相结合的可行性,为海洋结构物的安全使用提供参考。文中的极限状态方程是基于统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）得到的,并讨论了其中各参数对疲劳寿命的影响;针对一组TC4-ELI的疲劳裂纹扩展数据,分别采用Monte-Carlo法和JC法开展了疲劳可靠性分析,两种分析方法得到的结果彼此符合得较好。     

基于量子粒子群算法的船舶机舱布局方法

针对运用智能算法对船舶舱室进行布局的过程中,主要研究方向聚焦于对现有智能算法的改进,但是忽略了初始解的生成问题,提出在二维空间中关于船舶机舱布局初始解的生成方法。分别利用遗传算法、粒子群算法以及量子粒子群算法对机舱设备进行布置,并对布置后的结果进行比较。结果表明,在运用智能算法求解布局问题时,运用不同初始解的生成方法,得到的智能算法优劣性不同。在本文提出的初始解生成方法前提下,相较于遗传算法和粒子群算法,量子粒子群算法具有更强的适用性。研究结果可为船舶舱室的布置和设计提供参考方案。     

基于AR-EMD方法的扩展非平稳船舶运动极短期预报AR模型

准确的极短期预报技术能够提高对船舶摇荡运动敏感的海洋特种作业安全性和效率。自回归（auto-regressive,AR）预报模型由于其自适应性强、计算效率高而被广泛应用于船舶运动的极短期预报研究。但该模型基于平稳随机假设,因而在非平稳船舶运动的极短期预报中存在困难。针对非平稳船舶运动极短期预报,文章提出一种基于AR-EMD方法的扩展AR模型,称为EMD-AR预报模型。其中,AR-EMD方法是指在经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）的过程中,采用AR预报的方法处理端点效应问题。 EMD-AR预报模型将非平稳信号分解成若干平稳的固有模态函数分量及余项,然后对各个分量分别用AR模型预报,得到最终的预报结果,以此克服非平稳性对AR预报模型的影响。研究基于船舶试验数据将EMD-AR模型与线性AR模型、非线性支持向量机回归（support vector regression,SVR）预报模型进行对比分析,结果表明,AR-EMD方法能够有效处理船舶运动非平稳性对AR预报模型的影响,提高该模型的预报精度,且EMD-AR模型预报性能较线性AR模型和非线性SVR模型更优。     

基于AR-EMD方法的扩展非平稳船舶运动极短期预报AR模型（英文）

准确的极短期预报技术能够提高对船舶摇荡运动敏感的海洋特种作业安全性和效率。自回归(auto-regressive,AR)预报模型由于其自适应性强、计算效率高而被广泛应用于船舶运动的极短期预报研究。但该模型基于平稳随机假设,因而在非平稳船舶运动的极短期预报中存在困难。针对非平稳船舶运动极短期预报,文章提出一种基于AR-EMD方法的扩展AR模型,称为EMD-AR预报模型。其中,AR-EMD方法是指在经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)的过程中,采用AR预报的方法处理端点效应问题。EMD-AR预报模型将非平稳信号分解成若干平稳的固有模态函数分量及余项,然后对各个分量分别用AR模型预报,得到最终的预报结果,以此克服非平稳性对AR预报模型的影响。研究基于船舶试验数据将EMD-AR模型与线性AR模型、非线性支持向量机回归(support vector regression,SVR)预报模型进行对比分析,结果表明,AR-EMD方法能够有效处理船舶运动非平稳性对AR预报模型的影响,提高该模型的预报精度,且EMD-AR模型预报性能较线性AR模型和非线性SVR模型更优。     

粘性和航行姿态对高速船运动预报的影响

发展了基于二维半理论的预报排水型单体船在波浪上的水动力特征及运动性能的方法。采用横向流方法对常规高速排水型单体船所受的粘性影响进行修正。在考虑粘性影响和航行姿态的条件下,对NPL系列单体船和SER IES64单体船型的运动性能作了理论预报,并与船模试验结果和势流理论预报结果作了比较。结果表明:考虑粘性影响能够在一定程度上降低高速常规排水型船舶运动预报的峰值,而航行姿态对其影响不大。     

考虑失稳模态型初始缺陷的加筋板极限强度分析

加筋板是船体结构的重要组成部分。采用一阶屈曲分析得到的加筋板失稳模态以局部变形为主,按一阶屈曲模态引入的初始缺陷不能很好反映船体甲板结构的整体缺陷,为了进一步推广高等分析法在船舶与海洋结构物中的应用,本文提出一种能反映船体整层甲板、舱段乃至全船结构整体缺陷分布的失稳模态型初始缺陷引入方式。采用有限元软件Ansys,对加筋板不同初始缺陷形态下的极限强度进行分析并与试验结果对比,验证了引入失稳模态型初始缺陷在加筋板极限强度计算中的可行性与有效性。有限元计算结果表明,与采用一阶屈曲型初始缺陷相比,采用失稳模态型初始缺陷得到的加筋板极限强度更低,更能保证结构的安全性。考虑失稳模态型初始缺陷,对31个单一参数变量加筋板进行极限强度分析。计算结果表明,在合理范围内增高加强筋是提高加筋板极限强度的最有效手段。     

基于函数响应法的船舶迎浪参数数值预报及减摇研究

船舶作为水上交通工具,常常需要在风浪下航行,虽然横摇并不会受到波浪力的干扰,但在波浪与船体相对位置出现变化时,水线面积会随之发生波动,由此引起了稳定性的变化。在这一前提下,即便初始的横向扰动比较小,也可能引起较大幅度的横摇运动。当参数横摇现象出现后,会对船舶的航行稳定性造成不利影响,及时有效预报迎浪参数,能够为船舶减摇提供依据。在船舶迎浪参数预报及减摇研究中,可以应用函数响应法,依托该方法对相关参数进行计算,确保结果准确、可靠。     

水下浮动锚索—平台结构耦合非线性参数振动研究

在VIVACE潮流能发电系统基础上,提出并设计了浮动式潮流能发电系统F-VIVACE的锚索—平台结构,建立了考虑参数振动的锚索—平台耦合振动分析模型.通过数值计算,分析了附连水惯性力、水阻尼力、锚索初始张力、锚索和平台的不同初始扰动以及不同阻尼对于锚索参数振动的影响.结果表明:水阻尼力、锚索初始张力、平台的初始扰动以及阻尼对锚索振幅影响较大,附连水惯性力、锚索的初始扰动对其影响较小.进一步,将调频质块阻尼器应用于锚索参数振动控制,经计算取得了较好的减振效果.