水面舰船波浪弯矩计算方法研究

我国现行《舰船通用规范》适用于设计水线长不超过160m的水面舰船,当设计水线长在160～200m时,规范规定参照执行。随着舰船的尺度逐渐加大,波浪载荷的计算问题更加复杂。比较了4种规范的波浪载荷计算公式,并应用线性切片理论,采用短期和长期预报的方法,计算大尺度舰船的垂向波浪诱导弯矩值。因此,对于一定范围内的大尺度水面舰船,采用"通用规范"所得波浪载荷值计算船体强度还有一定安全性,并可运用多种计算方法合理选取波浪弯矩值。     

基于SPH方法的M型快艇入水载荷仿真分析

[目的]为研究M型快艇典型截面结构入水过程中受到的水动力载荷,[方法]基于光滑粒子动力学(SPH)液-气两相流算法,模拟平板和弓形模型的入水过程,以验证所用算法的精确性。在此基础上,模拟M型快艇典型截面结构的入水过程,并与相关文献的试验结果进行比较。[结果]结果显示:两种结构入水过程的仿真结果与试验结果吻合较好。M型快艇入水过程中存在二次砰击现象,即在主船体斜升角较大时会导致第1次砰击载荷较小,若斜升角过大时第2次砰击过程中结构则受到的砰击载荷会显着增加。[结论]研究结果表明,SPH两相流算法可以很好地模拟M型快艇入水过程,斜升角的设计大小应适当。     

基于WSN技术的特种压力容器安全监测系统设计

  目的  数字孪生技术和物联网技术在结构健康监测得到了广泛的应用,但在特殊压力容器装备中的应用尚处于萌芽阶段。  方法  鉴于压力容器全生命周期安全监测要求,通过物联网实现对结构的温度数据采集,采用VUE+Flask框架编写结构监测系统。通过Three.js库建立容器模型,利用温度数据实现数字孪生模型的实时驱动,另外为检验系统的可行性,在ANSYS仿真的基础上开展相关温度实验。  结果  实验证明基于压力容器结构的数字孪生关键技术可以实现场景感知、数字挖掘、信息反馈等功能。  结论  该系统架构有良好的参考价值,物联网技术与数字孪生技术深度融合,可为我国战略性高端产品和重大关键装备的发展作出贡献。     

船舶结构设计方式及优化分析

  目的  高保真有限元模型和有效的载荷识别技术对于船体结构健康监测及评估至关重要。为此,提出一种基于改进粒子群算法的模型修正和载荷识别方法。  方法  使用rastrigin函数对改进粒子群算法和经典粒子群算法进行对比。采用工字梁结构,在梁中间位置施加压力,在其表面粘贴有限数量的应变片,并将其分为用于模型修正和载荷识别的实测点与用于验证的监测点两部分。进行对工字钢分块弹性模量的修正验证,并进行基于修正后的数值高保真模型的载荷识别验证。  结果  在利用rastrigin函数对改进粒子群算法的测试中,改进粒子群算法在不同粒子数下都表现出更好的全局最优解搜寻能力。在工字钢试验中,划分的两部分弹性模量在通过改进粒子群算法23步迭代后收敛于最优解。通过将试验监测点的应变数据与进行模型修正后得到的应变计算结果进行对比,应变相对误差在2%以内,验证了模型修正方法的正确性。此外,通过载荷识别方法识别出结构外载荷压力大小,识别计算值与试验施加载荷误差在2%以内,识别载荷与修正模型结合计算出的监测点应变值与试验数据相比误差最大值为3.74%,验证了载荷识别的有效性。  结论  所提方法在对结构全局状态反演时具有较好的精度表现,能够为船体结构健康监测、剩余寿命预测以及预测性维修提供技术支撑。     

船舶结构碰撞试验及简化数值计算方法

[目的]采用流固耦合计算方法虽能较好地模拟船舶碰撞过程,但计算时间较长,为此,提出一种简化的数值计算方法。[方法]以某船的局部舱段为对象,开展多工况水上碰撞试验。采用力传感器和基于高速摄影技术非接触测量的方法获得到碰撞力及碰撞船的运动时程数据,通过对碰撞接触力和加速度响应等数据进行分析,并针对试验过程开展任意拉格朗日-欧拉（ALE）流固耦合数值计算分析,提出将碰撞过程中水域对撞击船的影响简化为等效质量,将对被撞船的影响简化为等效阻力,以面力的形式作用于被撞船非撞击侧用以阻碍被撞船运动的简化方法,然后基于此简化方法开展不涉及水域与结构耦合过程的数值计算。[结果]结果显示,采用简化计算方法得到的各工况的碰撞力峰值与试验值间的误差均在5%以内,且该方法所需要的计算时长远小于ALE流固耦合算法。[结论]所提简化数值计算方法可为实现船舶结构碰撞响应的高效计算提供一定的参考。     

水面舰船破损后的安全性分析

根据水面舰船破损的状态,分析其破损后的浮态和静水载荷,采用规范方法和非线性切片理论计算舰船破损后的波浪载荷,结合两种方法所得的载荷与极限弯矩,分析舰船破损后的安全性,并确定舰船安全航行时所对应的海况等级。     

高速M型艇砰击载荷的模型试验研究

本文根据相似理论,设计制作出一缩尺比λ=1:5的高速M型艇试验模型,并开展拖曳水池砰击测试试验,研究该M艇在规则波与不规则波2种情况不同工况下重心处垂向加速度与船底砰击压力的变化规律。本文讨论了波长对重心处垂向加速度的影响,并分析了不同航速下船底面砰击压力的大小与分布规律,为后续结构设计作支持。     

影响高速三体船连接桥砰击压力峰值因素研究

  目的  为研究M型快艇典型截面结构入水过程中受到的水动力载荷,  方法  基于光滑粒子动力学（SPH）液−气两相流算法,模拟平板和弓形模型的入水过程,以验证所用算法的精确性。在此基础上,模拟M型快艇典型截面结构的入水过程,并与相关文献的试验结果进行比较。  结果  结果显示：两种结构入水过程的仿真结果与试验结果吻合较好。M型快艇入水过程中存在二次砰击现象, 即在主船体斜升角较大时会导致第1次砰击载荷较小,若斜升角过大时第2次砰击过程中结构则受到的砰击载荷会显着增加。  结论  研究结果表明,SPH两相流算法可以很好地模拟M型快艇入水过程,斜升角的设计大小应适当。