深水SPAR风机系统全耦合动力响应分析研究

文章采用联合开发的计算程序对深水SPAR风机的浮体、锚泊和风机各子系统进行了水—气动力的全耦合数值分析,研究了深水浮式风机系统的动力响应特点。浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细长杆理论通过非线性有限元方法实现,风机系统的空气动力分析采用基于多体气动弹性理论的FAST模块。以浮体控制方程为主体,通过模块间的载荷与位移传递在每个时间步上迭代求解,形成完全耦合的时域分析方法。通过对NREL的5MW SPAR风机系统在随机海况下的水动力响应分析,验证了该方法的有效性,并分析了浮式风机子系统间的混合动力作用。     

动态载荷识别的自适应延迟逆模型方法

为减小载荷识别问题对原系统先验知识的依赖,采用系统的自适应延迟逆模型识别时域载荷。采用自适应算法辨识延迟逆模型,代替了一般识别方法中的系统特性矩阵求逆过程,避免了病态问题。随后将工作状态下的响应作为逆模型的输入,则其输出就是时域载荷的延迟估计。通过对两端简支梁结构进行载荷识别的仿真研究,以及对双层隔振试验台架的试验研究,识别了稳态激励和瞬态激励,验证了该方法的有效性。该方法不需要了解系统的数学模型及参数,因此能够应用于工程实践中。     

基于模糊理论的船舶复合碰撞危险度计算

基于船舶领域和动界的概念,在船舶碰撞几何原理的基础上,利用模糊规则和模糊综合评价方法,本文提出一种船舶复合碰撞危险度的计算方法.确定最近会遇距离(DCPA)、最近会遇时间(TCPA)、两船距离、相对方位、船速比5个主要因素的隶属度函数,并考虑航行区域状况、能见度情况和船舶的操纵性能等对船舶碰撞危险度的隶属度函数修正.用原始数据对3种不同会遇态势进行仿真和对3种不同碰撞危险度计算结果分析比较,结果表明该方法的有效性.     

水下容器开启过程流场特性仿真研究

水下容器开启过程中,海水快速灌入容器内,对载体的平衡产生较大的影响.采用Mixture多相流计算模型求解气液两相流场,网格更新方法采用域动分层法,对不同开启角度进行数值计算.结果表明:开启角度越小,容器底部压力和容器内部进水量波动越大,且峰值越大,随着开启角度的增大,两者波动范围有所减缓,研究成果可为水下容器总体设计、系统使用流程优化提供理论支撑.     

船舶螺旋桨空化噪声非均匀调制特性及其应用

从螺旋桨空化噪声谱统计模型出发,分析研究螺旋桨空化噪声非均匀调制特性的机理和规律,并利用大量海上实录船舶噪声进行验证.从形成机理看,认为非均匀调制特性主要由船尾形状、螺旋桨结构以及船舶航行工况共同决定的尾流分布所导致,不同型号船舶的非均匀调制特性具有个体性;从舰船噪声信号能量谱看,调制的非均匀特性,主要受能量谱峰值频率的影响.最后基于船舶噪声的非均匀调制特性,提出一种基于多子带自适应加权的DEMON增强算法,并利用实际数据进行验证.     

复杂非金属减震结构的建模与等效研究

针对减震系统中复杂非金属减震结构数值分析和等效处理的需求,利用有限元方法对预弯柱体非金属减震器进行建模和分析,获得了与实验测试吻合良好的计算结果.在此基础上,提出一种利用实物实验或数值实验数据等效复杂非金属减震结构的等效模型处理方法.该方法利用三维实体结构等效复杂非金属减震器外形和连接关系,以实际减震器的单轴压缩实验和应力松弛实验数据获得等效模型的超弹和粘弹材料参数.实例分析表明,基于三维实体结构的等效模型能够有效表征实际减震器在复杂减震系统中的连接关系,并在主工作方向上有效模拟实际减震结构的力学响应特性.     

一种用于动力传动系统的橡胶隔振器优化设计研究

研究并设计一种橡胶隔振器,以减弱动力传动系统对船体的作用力.分析系统的工作原理,建立系统的动力学分析模型,得到系统的初始参数.氯丁橡胶的材料特性用Mooney-Rivlin模型描述,模型的系数C01和C10由橡胶材料的静态特性试验得到.根据动力传动系统的实际状态,设计隔振器的基本尺寸、基本参数,在此基础上,设计优化算法,其中,变量是螺栓预紧力、橡胶元件的尺寸、连接板之间的距离、橡胶和金属材料的最大VON MISES应力,目标函数是隔振器的刚度,数值仿真计算采用的是非线性有限元法,最后确定了满足隔振和使用要求、结构形式最优的隔振器.     

南海风浪条件下Spar式浮式风机平台的构型及参数

使用WAMIT软件建立了OC3-Hywind Spar式浮式风机模型,联合FAST软件计算了浮式风机在不同工况下的幅值响应算子;结合为南海海域波浪条件优化后的JONSWAP谱,对浮式风机进行了不同工况下的响应谱分析及最大响应值计算;进一步阐述了浮式平台结构构型参数的变化对整体结构在南海相应工况下的运动影响。     

应用固有应变法计算焊接变形时材料模型的选择研究

分别采用理想弹塑性模型和双线性强化模型,推导出各自的固有应变计算公式,研究不同材料模型对于焊接结构变形的影响。研究结果表明,两种固有应变计算公式所预测的变形结果之间相对误差较小,即不同材料模型的选择对预测结构焊接变形的影响可以忽略。     

含锂电池储能的船舶电力系统模型预测控制研究

由于船舶运行的特殊性和负载波动的复杂性,严重影响船舶电力系统的稳定性,因此引入了能量存储技术,降低电网的波动。根据发电机和锂电池的状态空间模型,建立了含锂电池储能的船舶电力系统,并提出了一种基于模型预测控制的船舶电力系统。在含有负载波动的情况下,使发电机和锂电池的输出能够稳定跟随负载的变化,从而满足负载的需求。并将整个系统在Matlab/Simulink中进行实例仿真,仿真结果表明,在模型预测控制下的船舶电力系统能够很好地满足负载波动需求,明显改善船舶电力系统的稳态性能,增强船舶电网的稳定性。