桥墩遭受船舶撞击的数值模拟法及其动态响应的研究

桥梁防撞结构的设计需要研究桥梁遭受船舶撞击时的动态响应并获得准确的碰撞力.运用LS-DYNA软件建立了1座分离式桥墩模型和1艘3 000 t级的散货船模型来模拟船桥碰撞的过程.为了考虑流体在碰撞过程中的作用,计算时分别以不考虑流体影响、附加质量和流构耦合3种计算模型来分析、比较流体对船桥碰撞响应的影响,并得出以下结论:不同的计算模型的系统能量变化和船舶碰撞力基本一致,流体的存在对碰撞力的影响较小;桥墩的水平位移响应要滞后承台约0.2s,附加质量模型的桥墩和承台水平位移比其余2种模型要略大;附加质量模型的计算结果与流构耦合模型的计算结果基本一致,但附加质量模型具有更高的计算效率,其计算用时仅为流构耦合模型用时的2/5.     

弹性元件对大型可倾瓦轴承静动特性的影响

为提高舰船运载机组稳定性, 并有效抑制振动, 在机组推进轴系中采用了一种可倾瓦轴承支点弹性技术(瓦块支点安装有蝶形弹簧), 以某大型燃气轮机为对象, 在轴系四瓦可倾瓦轴承瓦块支点处引入蝶形弹簧结构, 并采用流固热耦合计算模型和轴承多场分析技术, 分析了可倾瓦轴承的温度场、压力场、刚度与阻尼等特性参数, 研究了支点弹性技术对大型可倾瓦轴承摩擦学与动力学特性的影响规律。计算结果表明: 在3 000r·min^-1工作转速下, 刚支结构时可倾瓦轴承最大油膜压力为6.5MPa, 弹支结构时最大油膜压力为6.7MPa, 弹支结构相比刚支结构轴承油膜压力略有上升, 此时2种支点结构轴承的温度变化不大, 最高温度分别为98.95℃与98.85℃; 随着转速的增大, 2种支点结构可倾瓦轴承的主刚度均呈下降趋势, 而其交叉刚度只在±0.1MN·m^-1范围内变化; 在3 000r·min^-1下, 弹支结构轴承主刚度为3.5GN·m^-1, 主阻尼为6MN·s·m^-1, 相比刚支结构轴承主刚度提高了59%, 主阻尼提高了39%。可见: 可倾瓦轴承采用瓦块支点弹性技术, 轴承温度变化不大, 最高油膜压力略有增加, 轴承主刚度和主阻尼明显提高, 这对增加稳定性和抑制振动十分有利。     

基于实船油耗与排放的拖轮航速优化

利用便携式排放测试系统对上海外高桥港近海拖轮进行了油耗与排放测试, 拟合了油耗、排放与航速的关系, 建立了巡航工况下的航速优化模型, 分析了拖轮最佳油耗和排放对应的航速。试验结果表明: 船舶CO₂的排放因子与燃油的品质和船舶工况相关, 与实船排放测试相比, 使用经验排放因子估算排放率是可行的; 当使用幂函数拟合CO、CO₂、THC、NO_x、PM、PN排放和油耗与航速关系时, 各拟合曲线的决定系数均大于0.9;仅对油耗优化, 当航速为7.21kn时, 拖轮单次巡航工况下的总油耗达到最小值, 相对最大航速12.00kn的油耗下降了33.40%;对油耗和NO_x排放进行优化, 得到的最优航速最大; 对油耗与所有排放同时优化, 得到的最优航速最小; 当航速为6.96kn时, 拖轮的总油耗、NO_x、PM和PN总排放达到最优值, 相对最大航速, 总油耗下降了33.29%, CO、CO₂、THC、NO_x、PM、PN减排率分别达到59.56%、76.37%、82.34%、92.36%、53.10%和62.25%。可见, 在最优航速时, 拖轮总油耗与总排放均显著减小。     

遗传粒子群优化算法在船舶动力定位控制中的应用

针对船舶动力定位系统精确定点控制的问题,结合遗传算法（GA）独特的选择交叉变异功能和粒子群优化算法（PSO）较好的记忆功能等优点,提出了遗传粒子群（GAPSO）算法,并应用到最优控制性能指标加权矩阵的权重系数选择中。通过1艘海工多用途动力定位船舶定点控制仿真实验,使船舶纵荡和横荡的位置及艏摇角都逐渐保持在期望值,且所有输出值都收敛有界,结果与传统最优控制相比,遗传粒子群算法在最优控制中更具有效性及较好的寻优性能,有益于船舶工程的应用。     

基于体积力法的全附体KCS型船模PMM运动数值模拟

为高效、精确地求解船舶操纵水动力导数,以全附体KCS型船模为研究对象,基于RANS方程及VOF模型,在star-ccm+平台上采用体积力法模拟螺旋桨作用,计及自由面兴波及航行姿态变化对船模水动力的影响,开展斜航、纯艏摇、漂角和艏摇组合3种平面运动机构（Planar Motion Mechanism,PMM）运动的数值模拟,将横向力Y、艏摇力矩N、横倾力矩K的数值模拟结果与试验结果进行对比,并依照PMM试验的动力学方程,通过最小二乘法拟合和傅立叶积分,将数值模拟结果与试验结果的时历曲线进行分析处理,求得操纵水动力导数。研究结果表明：该方法用于数值模拟PMM运动是可行的;求得的水动力导数中Y'vvv,N'vvv误差略大,其余水动力导数误差均在15%以内。     

江海直达船艏部结构入水砰击试验

新一代江海直达船主要呈宽扁型且吃水较浅,由江入海航行时会发生船艏底部和外飘砰击,严重的砰击会造成船舶主动失速甚至结构损伤,影响船舶与人员安全。传统的理论和相关经验公式很难预报宽扁肥大的艏部结构的砰击载荷。相较于传统的简化模型试验方法,本文基于相似理论设计了与某新型江海直达船艏部结构相似的三维木质模型。采用落水试验的方法进行了一系列的不同落水高度及不同入水角度的入水砰击试验。研究江海直达船艏部结构所受砰击载荷特点,得到砰击压力峰值及其分布规律,同时发现了小角度入水情况下（入水攻角α<5°）的空气垫效应,空气垫延缓并减小了砰击压力峰值。此外还回归了0°~15°入水攻角下的底部砰击压力预报公式,可供结构设计时参考砰击载荷的选取。     

以功能为导向的舰船建造质量控制方法

长期以来,由于舰船建造工程浩大、过程复杂、工艺繁多,人们对于建造质量如何影响舰船可靠性缺乏系统性的研究。为实现对考虑建造质量影响的舰船可靠性的科学预测和有效控制,从舰船总体功能的角度出发,在现代造船模式背景下,针对舰船建造提出一种以功能为导向的质量控制（FOQC）方法。融合舰船目标功能、质量参数、建造工艺因素,提出舰船建造可靠性预测模型。建立工艺—质量参数及质量参数—特征功能可靠性模型,对预测模型进行量化计算,获得建造质量对舰船可靠性影响的定性与定量分析,并依据分析结果,对关键质量点与关键工艺环节进行控制与优化。以某舰船轴系安装为实例进行分析,验证了方法的可行性与有效性,可为舰船建造质量的定量化检验与评价提供基础性方法的原理指导。     

舰船备件配置研究现状与思考

备件是舰船装备进行正常检修或应急修理的保障性物资,舰船备件配置水平的高低直接影响舰船装备保障的能力与费用。在舰船维修体制分析的基础上,通过对国内外舰船备件配置文献的梳理研究,依据不同的理论基础与数学模型,总结基于历史数据、METRIC理论和系统可靠性的配置方法,并对这些方法的优势与不足进行分析对比。在此基础上,提出考虑部件重要度、混合约束下的多目标优化以及备件共用策略优化这3个舰船备件配置研究未来的发展方向。     

搁浅船舶扳正过程计算方法

为了研究搁浅船舶的打捞, 计算了船舶扳正过程中搁坐力和纵倾角的变化, 分析了船舶舱室内的自由液面在搁浅船舶扳正过程中的作用。根据搁浅船舶的受力特点, 建立了其力学模型。针对传统搁坐力计算方式的缺点, 利用GHS软件模拟搁浅船舶的扳正过程, 并以某搁浅船舶为例, 求解该过程中各搁坐点的搁坐力、总搁坐力、横倾角和纵倾角。通过仿真模拟, 比较了船舶不同搁浅状态的扳正过程, 分析了搁坐点位置、吃水、船体型线和船舶重力分布对搁浅船舶受力和姿态的影响。分析结果表明: 搁坐点位置相对分散或船体吃水较深时, 船体的纵倾角变化相对较小, 变化量为其他类型的0.1%~2.0%;搁坐点关于船舯非对称产生的总搁坐力变化量相对搁坐点关于船舯对称产生的总搁坐力较小, 前者变化量为后者的35%~65%;舱室内自由液面的存在加大了搁浅船舶打捞的难度, 因此, 在制定打捞方案时应该着重考虑其影响; 施工过程中也应控制搁浅船舶翻转的速度, 避免阻碍扳正工作或对船舶产生进一步的破坏。     

船舶吊舱SSP推进电机的无模型自适应矢量控制方法

考虑具有不确定动态和航行中负载变化与海况干扰的船舶吊舱SSP推进电机控制问题, 提出了一种无模型自适应矢量控制方法, 推导了SSP推进电机的动态线性方程, 设计了基于速度跟踪误差无模型自适应矢量控制器和进行了收敛性证明, 在线调整伪偏导数, 保证了推进电机控制系统跟踪误差一致有界, 并对比了无模型自适应矢量控制器与自整定PI矢量控制器的控制性能。计算结果表明: 基于复合无模型自适应矢量控制的SSP推进系统在恶劣海况下转速平均振荡小于6 r·min^-1, 转矩平均振荡小于8.20×104 N·m, 机动航行时对应的值分别小于7 r·min^-1与1.08×105 N·m, 而采用自整定PI矢量控制时, 在恶劣海况下转速平均振荡达到13 r·min^-1, 转矩平均振荡达到2.13×105 N·m, 机动航行时对应的值分别达到12 r·min^-1与2.81×105 N·m, 因此, 复合无模型自适应矢量控制下的转速与转矩抖动和稳态运行静差较小, 具有良好的动态响应。