船舶涂装爬壁机器人系统研究及集成应用

提出一种大型船舶开放性工作面涂装爬壁机器人系统理论设计与应用方法,研究系统本体运行机理并获得满足工作特性的两项必要条件,即轮辐磁吸力及双轮驱动力矩的极小值条件。建立涂装机器人系统的功能组成及控制机理,并结合开放性工作面开展无线定位及自主规划方法研究,形成能够适应喷涂作业的机器人在线路径规划算法。并结合实际开展涂装系统集成应用测试,检测并采集系统运行过程中动力学参数,系统空间坐标轨迹路线等,实现了涂装工作路径的实时在线规划。通过试验验证了文中的系统力学特性分析及定位方法的有效性。     

冰区航行船舶冰阻力数值研究进展

冰阻力是影响船舶在冰区航行性能的关键因素。当前主要的冰阻力研究方法有经验公式法、模型/实船试验法和数值模拟方法。数值模拟方式能够对船舶破冰的全过程进行快速模拟,且模拟成本低,参数易于控制 、结果较为准确,是一种比较适宜的冰阻力预报方法。随着计算技术的进步,各种数值模拟方法层出不穷,其中包括基于网格单元的有限元模型,基于无网格方法的离散元模型、SPH法、近场动力学模型等;近年来,网格模型与无网格模型的耦合方法也逐渐发展起来。文章简要梳理了冰区航行船舶冰阻力数值研究的进展,并基于研究现状提出尚需进一步解决的问题,意在为进一步提高冰阻力数值模拟精度提供参考。     

海水-冰晶两相流非等温流动及传热研究

船舶在冰区航行时,存在冰晶颗粒混合海水流入船舶冷却系统现象。基于颗粒动力学理论,建立适用于海水-冰晶两相流的欧拉-欧拉双流体模型,耦合相间传热传质模型对海水-冰晶两相流在水平直管内流动及传热特性数值模拟。研究表明,冰晶颗粒流动过程中,在管道上部位置R=8~10mm处冰晶体积分数达到最大值,且随着速度增加而增大;当入口含冰率(IPF)为4%时,冰晶速度的最大值出现在管道中心轴线上方。当入口速度为1.0~3.0 m·s-1,含冰率4%~30%时,局部传热系数随入口速度及含冰率增大而增加。     

低周疲劳载荷下考虑累积塑性的船舶裂纹板剩余极限强度研究

研究表明在恶劣海洋环境中船体结构整体断裂破坏往往是低周疲劳破坏和累积塑性破坏的耦合结果。考虑这两者耦合作用的影响,评估船体结构的极限承载力更为实际。基于累积塑性和低周疲劳裂纹扩展,从理论上分析了平面内低周疲劳载荷下裂纹板的残余极限强度。经过一系列数值模拟,首先讨论低周疲劳裂纹扩展行为的影响,然后随着疲劳裂纹扩展的发展,主要讨论了初始变形,焊接残余应力,裂纹扩展长度,裂纹分布和裂纹板厚度对低周疲劳载荷下船体裂纹板极限强度的影响。     

基于模糊聚类分析的船体分段类型分类方法和应用研究

为提高现阶段船体分段制造过程的标准化水平,实现分段装配工序和工时的标准化,推动船体分段制造数字化发展,本文以船体分段作为分类成组的研究对象,应用模糊聚类分析方法,建立了模糊聚类分析模型,通过输入分段工艺生产数据信息,实现了对船体分段的定量化分类,验证结果表明,应用模糊聚类分析形成的分段族类符合实际工艺需求。     

拖航工况下半潜平台撑杆波浪砰击敏感性研究

半潜式平台在拖行过程撑杆等细长结构承受的波浪砰击对结构安全影响较大,相关船级社规范中明确要求结构分析过程中需要考虑波浪砰击载荷。基于传统势流理论的数值方法已经被广泛的应用于浮式海洋平台的水动力和砰击载荷的研究,但是对于复杂的粘性干涉效应、波浪爬升、波浪破碎和波浪砰击等实际工程问题不能够运用势流理论准确模拟。非定常的计算流体力学CFD (Computational Fluid Dynamics)方法能够较为准确解决上述问题。因此,本文以982半潜式海洋平台为研究对象,采用计算流体力学中的动态重叠网格方法和流域体积域方法VOF(volume of fluid),结合水池物理模型试验结果,对平台在拖行工况下撑杆的波浪砰击进行研究。主要对半潜平台撑杆在三种不同流速和风速的拖航工况下撑杆受到的砰击压力的敏感性进行了分析研究,分析波浪砰击下撑杆的瞬态砰击压强分布情况,得到波浪砰击压力危险区域,同时给出拖航工况下撑杆砰击压力系数的变化规律,为分析预报半潜式平台撑杆在复杂的拖航海况下受到的砰击压力提供了参考。     

米勒循环结合可变涡轮增压优化柴油机性能的仿真与试验研究

在开发一款机车柴油机过程中,利用AVL BOOST软件对柴油机工作过程进行了仿真计算,计算了不同米勒强度和不同喷油正时条件下柴油机的性能参数。根据计算结果,排除了弱米勒的方案。针对强米勒和中米勒,开展了试验研究,通过调整喷油定时、增压压力设定、共轨喷射压力,进行了多方案试验研究,试验结果表明,强米勒方案虽然可以有效降低Nox排放,但是带来PM排放升高和涡轮前排气温度升高的问题,中米勒虽然降低Nox排放的效果弱于强米勒,但是能获得比较满意的PM排放,且涡轮前排气温度远低于强米勒,综合各方面性能参数的比较结果,在满足排放要求的前提下,中米勒为优选方案。     

船用水润滑艉轴承的润滑承载特性

船用水润滑艉轴承由于其节能环保、结构简单和维护便利等优点一直作为船舶推进系统的研究热点。本文主要总结了船用水润滑艉轴承润滑承载特性方面的内容,轴承的润滑承载性能主要通过偏心率、最小水膜厚度、水膜压强和摩擦系数等参数描述。分别说明了工况参数、结构参数、材料参数对轴承承载润滑特性参数的影响,分析了上述三个方面的参数对轴承承载润滑参数的影响规律。其中,工况参数包括负载、速度、温度等,结构参数包括间隙、长径比、轴承直径、导水槽结构等方面,材料参数主要为材料的弹性模量和泊松比等。本文可以对船舶水润滑艉轴承的研究工作提供参考。     

基于ANSYS的无缆潜航器力学性能分析研究

为了设计无缆潜航器,采用数值分析和机械制造相结合的方式,设计出一款新型无缆潜航器,在设计制造出潜航器的基础上,对该无缆潜航器进行力学性能分析研究,对其水下运动规律及特性进行了理论推导,采用数值分析的方法分别讨论机器人的结构力学特性和流体力学特性,并对机器人的应力应变强度参数进行仿真分析,讨论不同情况下机器人的属性参数,结合分析数据,对潜航器运行工况下的各项参数进行了稳定性分析,最后对以上所有参数进行总结归纳,文中所采用的方法可以用于机器人设计及优化。     

基于CATIA的船舶边锚锚台放样及现场作业指导

随着船舶制造的大型化,采用大抓力不平衡锚作为边锚的船舶设计越来越多。这对船舶边锚锚系设计、制造及现场安装均提出了较高要求。边锚锚系的放样和现场作业指导是这些过程中的核心环节,其设计质量和施工效率的直接影响到锚系系统生命周期。本文基于船厂在锚系施工工作的实践经验,对边锚锚系施工设计工作的业务流程进行了介绍,基于CATIA软件,对某型船的边锚锚系进行了创成式三维放样,结合现场施工的实际需求,提出了基于CATIA的锚系现场作业指导办法,大幅提升了设计质量和施工效率。