船舶运动姿态测量系统设计与实现

为了获取海上航行船舶及自航模试验中船模的姿态参数,设计一种基于MEMS(微机电系统)技术的波高倾斜一体化传感器的船舶运动姿态测量系统.此系统通过MEMS波高传感器对船舶升沉信息进行采集,利用倾角传感器对船舶的纵摇和横摇姿态信息进行采集,采集到的信息经多路A/D转换后送入单片机进行处理,实时得出船舶运动的升沉、纵摇及横摇变化.经处理后的三组数据由船舶运动姿态测量系统通过RS-485串口送到数据接收处理机存储、分析并实时显示船舶运动的姿态变化曲线,该数据接收处理软件采用VC++编写.经过大量试验及海上测试,该系统性能稳定,测量精度高,具有较大的实用价值.     

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。     

畸形波作用下半潜平台运动响应研究

海洋结构物的水动力性能研究对于安全、经济的工程设计至关重要.近年来,由海浪巨大波浪引起的事故越来越多地见诸报道,因此,有必要深入研究波浪尤其是畸形波对结构物产生的载荷及运动响应.海上浮式平台的运动响应与系泊载荷密切相关,而文中的出发点正是研究在何种波浪条件下会引起平台的最大运动响应.通过对一座设计作业水深为500 m的半潜式平台进行频域计算,获得了平台在自由漂浮状态下的响应函数(RAO),并与实验数据进行了比较.通过时域模拟,获得了新年波和"三姐妹"波作用下的平台运动响应,研究了畸形波的存在对于平台运动的影响.此外,还研究了畸形波中最大波峰值及连续大波的出现间隔对平台垂荡和纵摇运动的影响,可为后续研究和工程设计提供参考.     

厢式货车新型折叠翼的优化设计

折叠翼式厢式车作为一种能适应现代物流发展需要的新型运输车型,将会有广阔的市场前景。本文立足于UG设计平台,建立折叠翼式车厢参数化三维模型,并对模型进行运动仿真分析和关键部件的结构有限元分析,实施结构优化,建立出数字化虚拟样机,为制作折叠翼式车厢物理样机提供设计参数和依据。     

舰船操纵性响应方程几个问题的探讨

研究了舰船操纵性响应方程应用中如何提高高速舰船操纵性计算精度,及速度方程参数计算和Ｋ、Ｔ指数的变化规律,并给出了可资实用的结论。     

Evaluation of added resistance in regular incident waves by computational fluid dynamics motion simulation using an overlapping grid system

A computational fluid dynamics simulation method called WISDAM-X was developed to evaluate the added resistance of ships in waves. The Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equation was solved by the finite-volume method and a MAC-type solution algorithm. An overlapping grid system was employed to implement rigorous wave generation, the interactions of ships with incident waves, and the resultant ship motions. The motion of the ship is simultaneously solved by combining the solution of the motion of the ship with the solution of the flow about the ship. The free surface is captured by treatment by the density-function method. The accuracy of WISDAM-X is examined by a comparison with experimental data from a container carrier hull form, and shows a fairly good agreement with respect to ship motion and added resistance. Simulations were also conducted for a bow-form series of a medium-speed tanker to examine the effectiveness of the WISDAM-X method as a design tool for a hull form with a smaller resistance in waves. It was confirmed that the WISDAM-X method can evaluate the added resistance with sufficient relative accuracy and can be used as a design tool for ships.     

基于线性矩阵不等式的船舶动力定位滑模控制

为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题, 提出了一种基于线性矩阵不等式的滑模控制算法; 将跟踪误差设计为滑模函数, 设计线性矩阵不等式, 求解状态反馈增益; 基于二次型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 设计切换函数, 使系统对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性, 避免出现抖振现象; 对基于线性矩阵不等式的滑模控制器进行仿真, 计算出动力定位船舶在无扰动的匀速运动和有外界环境扰动的变速运动2种不同情况下的前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进加速度、横荡加速度、艏向角加速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等; 分析了状态反馈增益线性矩阵、边界层、切换项增益等参数对控制性能的影响。研究结果表明: 采用基本滑模控制使前进速度达到期望值所需的上升时间为29s, 而新算法为15s, 节约了48.28%;采用基本滑模控制使横荡速度达到期望值所需的上升时间为24s, 而新算法为14s, 节约了41.67%;采用基本滑模控制使艏向角速度达到期望值所需的上升时间为13s, 而新算法为10s, 节约了23.08%。可见, 设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性, 具有控制输入连续、控制抖振小、不存在过高增益等特点。     

长周期波浪对船舶系泊稳定性的影响

利用国际通用的OPTIMOOR船舶系泊分析软件,系统分析长周期波浪作用下周期、波高、入射角度对船舶系泊稳定的影响。分析计算结果可知:波高和入射角度对船舶升沉量的影响极为明显,周期对船舶纵移量的影响最为明显;同时,最大缆绳张力与长周期波浪3个因素(周期、波高、入射角度)在一定取值区间内成正相关关系,并且随着波浪因素增大,缆绳张力分布呈现明显的不均匀性;此外,最大护舷反力与长周期波浪3个因素也在一定取值区间内成正相关关系,周期和入射角度这两个波浪因素取值越大,4组护舷的反力越均衡。     

澜沧江航道建设工程溪口滩航道整治方案

以澜沧江Ⅳ级航道建设工程溪口滩航道整治为依托,针对溪口滩整治过程中需要提升航道等级、维持航槽稳定的问题,从溪口滩水沙运动规律、历史整治情况、来水来石特征等方面分析不同溪口滩险形成原因,提出修建拦石坝、溪口导流坝以及常年维护疏浚等治理措施,以达到提升航道尺度并维持航道稳定的目的。结果表明,在山区河流溪口滩航道整治过程中采用拦、导、疏等工程措施,能够解决溪口滩险碍航成滩的难题,可为类似工程提供参考。     

虚拟人的运动建模与仿真

依据人体的关节连接体层次结构,将各肢体抽象为简单的刚性几何实体,并运用VRML构建了人体骨骼模型的样本.各肢体的骨骼模型可在此样本模型的基础上经变换而获取;为了描述人体骨骼模型中各关节之间的相对位置和姿态的变化, 本文定义了3类坐标系,并详细论述了求解各关节点运动参数方法;最后利用VRML构建了一个虚拟人体骨骼运动的实例.