基于非线性理论的海上平台空调机组振动预测与减振研究

基于非线性振动理论,建立振动预报方法.通过对空调机组振动的测试与分析,找出了该机组振动的主要激励源和有关影响因素.进而提出了具有针对性的改进措施和增加隔振器的方法,消除结构之间的半刚性连接,改变了海洋平台整体结构的固有频率,使之远离共振区域,取得了明显的减振效果.并通过现场勘探测量和计算,验证了振动分析方法.     

船舶主机数字调速仿真训练器的研制

为了研究船舶主机调速系统的特性和控制算法,将船舶主机调速系统的性能要求转化为复合PID控制算法的问题,研制基于Nabtesco MG-800Ⅲ的数字调速仿真器。非线性PID实现主机转速控制,其比例增益、微分增益和积分增益分别是控制偏差的非线性函数。模糊自整定PID实现主机油门的位置控制,其PID的3个参数随着偏差和偏差变化速度,根据模糊控制原理进行在线修改。物理仿真结果表明,数字调速器的非线性模糊自适应PID算法能提高调速系统的动态精度和抑制扰动的能力。     

K型、双K型圆管相贯节点极限承载力的非线性有限元分析

利用非线性分析的有限元方法对K型和双K型圆管相贯节点进行了数值计算,揭示了节点极限承载力随各几何参数的变化规律及主管作用荷载对节点极限承载力的影响,分别绘制出各影响参数的载荷一位移曲线,并将分析结果和钢结构标准GB50017—2003进行了比较,所得结论供工程设计参考应用。     

Surf-riding and oscillations of a ship in quartering waves

The behavior of a ship encountering large regular waves from astern at low frequency is the object of investigation, with a parallel study of surf-riding and periodic motion paterns. First, the theoretical analysis of surf-riding is extended from purely following to quartering seas. Steady-state continuation is used to identify all possible surf-riding states for one wavelength. Examination of stability indicates the existence of stable and unstable states and predicts a new type of oscillatory surf-riding. Global analysis is also applied to determine the areas of state space which lead to surf-riding for a given ship and wave conditions. In the case of overtaking waves, the large rudder-yaw-surge oscillations of the vessel are examined, showing the mechanism and conditions responsible for loss of controllability at certain vessel headings.List of symbols c wave celerity (m/s) - C(p) roll damping moment (Ntm) - g acceleration of gravity (m/s²) - GM metacentric height (m) - H wave height (m) - I _x ,I _z roll and yaw ship moments of inertia (kg m²) - k wave number (m^–1) - K _H ,K _W ,K _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - K _p forces in the roll direction (Ntm) - m ship mass (kg) - n propeller rate of rotation (rpm) - N _H ,N _W ,N _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - N _P moments in the yaw direction (Ntm) - p roll angular velocity (rad/s) - r rate-of-turn (rad/s) - R(,x) restoring moment (Ntm) - Res(u) ship resistance (Nt) - t time (s) - u surge velocity (m/s) - U vessel speed (m/s) - v sway velocity (m/s) - W ship weight (Nt) - x longitudinal position of the ship measured from the wave system (m) - x _G ,z _G longitudinal and vertical center of gravity (m) - x _S longitudinal position of a ship section (S), in the ship-fixed system (m) - X _H ,X _W ,X _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - X _P forces in the surge direction (Nt) - y transverse position of the ship, measured from the wave system (m) - Y _H ,Y _W ,Y _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - Y _p forces in the sway direction (Nt) - z _Y vertical position of the point of action of the lateral reaction force during turn (m) - z _W vertical position of the point of action of the lateral wave force (m) Greek symbols angle of drift (rad) - rudder angle (rad) - wavelength (m) - position of the ship in the earth-fixed system (m) - water density (kg/m³) - angle of heel (rad) - heading angle (rad) - _e frequency of encounter (rad/s) Hydrodynamic coefficients K roll added mass - N _v ,N _r yaw acceleration coefficients - N _v N _r N _rr N _rrv ,N _vvr yaw velocity coefficients K. Spyrou: Ship behavior in quartering waves - X _u surge acceleration coefficient - X _u X _vr surge velocity coefficients - Y _v ,Y _r sway acceleration coefficients - Y _v ,Y _r ,Y _vv ,Y _rr ,Y _vr sway velocity coefficients European Union-nominated Fellow of the Science and Technology Agency of Japan, Visiting Researcher, National Research Institute of Fisheries Engineering of Japan     

风帆辅助推进船舶操纵可控区研究

加装风帆后的船舶在低速时的航行特性有别于无帆情形。为确保低速航行安全,基于MMG非线性运动方程,计算了有、无风帆情况下的船舶操纵可控区。运动方程中的船体水动力系数、舵模块参数等由经验公式得到,帆/船整体气动力系数由基于滑移网格方法的CFD手段获得。计算结果表明:不同帆攻角下的船舶自由操控区不同,通过合理的帆/舵联合操纵,可以扩大风帆辅助推进船舶低速航行的可自由操控区,增强其在风中的抗风能力。     

非线性滤波器在动力定位船位估计中的应用

针对动力定位船舶在作业过程中因丢失GPS位置测量信号,从而导致动力定位系统不能正常工作,而使船舶偏离作业点的问题,设计了一种非线性滤波器,它可以利用以前保存的历史数据进行船舶位置的实时估计,从而使船舶在一定的时间内可以维持在作业点附近,当重新获得GPS信号后,又可以快速地进入正常工作状态。为了使历史数据能够更准确地反映船舶的实时位置,利用历史数据相对于作业点的平均偏差对历史数据进行了补偿。最后给出了此非线性滤波器在船舶仿真系统中的仿真曲线,分析表明在有滤波器的情况下,船舶真实位置估计的准确度比没有滤波器的情况下有明显的改善。     

索结构六节点等参元非线性有限元法

针对索结构几何非线性的特点,提出了一种六节点等参数单元有限元模型,采用5次多项式作为位移插值函数及单元初始形状函数,假定索是理想柔性,且满足胡克定律,基于修正的Lagrangian坐标描述法,建立了非线性有限元基本方程和切线刚度矩阵,利用Newton-Raphson法进行求解。     

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

从船级社规范对于不符合主尺度比要求的船舶船体梁波浪载荷的规定出发,采用理论预报和船模试验2种综合方式,进行了小于0.6方型系数、高航速、高海况目标船的波浪载荷研究.从规范对波浪载荷的线性理论预报值进行的非线性修正,修正后中拱和中垂波浪弯矩绝对值之和与线性理论预报极值全幅值相等出发,阐述所研究船特殊主尺度比下的模型试验结果、三维非线性水弹性理论预报结果显示出的波浪载荷非线性行为;同时综合模型试验与理论预报的共同规律,研究不同波高、航速、浪向等非常规船型船体波浪载荷的强非线性行为,从而认为规范基于的线性理论预报值进行非线性修正的统一规定太过笼统,进而建议规范对波浪载荷的非线性修正予以进一步的明确区分和规定.     

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.     

迎浪规则波中小水线面双体船纵向运动及波浪载荷非线性特性数值分析

基于RANS方程和VOF模型求解船体粘性兴波流场,开展了小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hulls,SWATH)迎浪规则波中纵向运动及波浪载荷的非线性特性研究.通过数值计算结果与模型试验结果的对比分析,验证了文中方法的有效性;在此基础上,较为系统地分析了SWATH船的垂荡及纵摇运动响应、垂向加速度和波浪载荷的一阶及二阶量随入射波高的变化规律,指出SWATH船的运动响应及载荷与波高存在非线性的关系,尤其体现在响应共振区附近;相比于船体垂荡和纵摇运动,垂向加速度及波浪载荷的非线性特性更为显著.