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2014年  第9卷  第5期

《中国舰船研究》2014年第5期目录
《中国舰船研究》编辑部
2014, 9(5): .
摘要:
[1]梁系统计能量分析中传输波的影响…维亚车斯拉夫·马斯洛夫,伊戈尔·格鲁舍茨基(1)[2]舰船造型设计及其量化评价方法…张玉梅,徐青,吴凤辉(8)[3]舰船人员编制的设置与控制…吴凤辉,熊治国,王涛,祁宏伟,王娜(15)[4]基于鲁棒性的船体中横剖面多目标优化…彭清风,王德禹,王红霞(20)[5]基于FORAN的船体结构底层数据结构分析…宋一淇,王佩瑜,常守明,符安邦(26)[6]模糊集和熵权法在船舶耐波性综合评价中的应用…王凯歌,屈俊飞,王鹏(33)[7]基于积分法的粗糙壁面湍流边界层发展预测…张涛,朱晓军,彭飞,闵少松(39)[8]基于CFD的水下拖曳体艉部流场仿真…曾东,李朋飞(44)[9]M船型阻力模型试验研究…唐建飞,黄武刚(49)[10]基于数值计算的调距桨桨叶强度校核方法…汪宏,曾志威,曾志波(53)[11]基于奇异强度理论的疲劳特性评估方法…高嵩,徐丽,Nigel BARLTROP,王大政(60)[12]浅水单点系泊FPSO软刚臂参数敏感性分析…刘成义,唐友刚,李焱,李伟(69)[13]深海复合材料悬链线立管基于可靠度的优化设计…沈钦雄,杨和振,朱云(77)[14]肋板与流体的耦合对水下双壳体声辐射的影响…包宜颉,周其斗,纪刚,黄振卫(85)[15]车客渡船舱室噪声预报与控制…李卓亮,季振林(93)[16]模糊神经网络在船舶电力推进系统状态评估中的应用…梁树甜,郝春学,王孟莲(99)[17]不同运行条件下船用蒸汽蓄热器充汽过程动态特性数值模拟…孙长江,杨元龙,王兴刚,李良才,蔡林(105)[18]舰载反鱼雷鱼雷对抗行为分析与建模…陈卫伟,闵绍荣,李明辉,谢红胜(110)[19]基于Vega Prime的ROV柔性脐带缆动态模拟…郝金玉,迟迎,马立卿,张聪(115)[20]钢板移动式感应加热过程工艺参数分析与局部变形预测…陈诚,张雪彪,刘玉君,汪骥(121)
梁系统计能量分析中传输波的影响
维亚车斯拉夫·马斯洛夫, 伊戈尔·格鲁舍茨基
2014, 9(5): 1-7,14. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.001
摘要:

机械系统中激励源传出的波将沿传输路径衰减,并会经由含源子系统边界传递出去,因而只有输入功率的残余部分以混响场的形式消耗在该子系统内。为提高应用统计能量分析法(SEA)计算振动噪声的精度,对上述过程进行深入分析,并以一个简单梁系为例,给出传入该梁系的输入功率的表达式。分析结果表明,传输波对计算结果的影响随着损耗因子的增加而增加。同时,分析将传输波的影响计入诸如舰船这种复杂空间结构的实际可行性。估算结果表明,仅对含源子结构考虑传输波的影响是充分可行的。

舰船造型设计及其量化评价方法
张玉梅, 徐青, 吴凤辉
2014, 9(5): 8-14. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.002
摘要:

由于缺乏前期顶层的概念创意和系统的理论指导及设计方法,舰船的艺术造型设计处在分散、孤立研究和个别运用的低级阶段。在现代工业设计思想的指导下,分析舰船造型设计与总体设计的相关性;基于功能论和系统工程理论,在舰船总体设计的各个阶段系统地开展造型设计,通过定量结构变化法和机能面关系界定法进行造型单元的变化与组合,生成既满足功能要求又符合审美取向的造型方案;建立舰船造型设计评价指标体系,采用层次分析法和多元模糊评价法,实现各项指标的权值计算和造型多方案评价结果的量化求解。

舰船人员编制的设置与控制
吴凤辉, 熊治国, 王涛, 祁宏伟, 王娜
2014, 9(5): 15-19,32. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.003
摘要:

在舰船研究设计过程中,人员编制因涉及总体设计和部队组建而成为一项重要且复杂的工作。合理的人员编制是舰船功能充分发挥的重要保证,同时也是舰船总体设计的基本输入之一。针对舰船人员编制的特点,提出人员编制设置的基本原则和流程。由于舰船总体资源有限,且需要严格控制全寿命周期费用,因此在舰船研究设计过程中应对人员编制予以控制,对此,提出了技术性和非技术性2种途径。针对舰船人员编制研究的未来发展方向,从技术和验证等方面进行了展望。

基于鲁棒性的船体中横剖面多目标优化
彭清风, 王德禹, 王红霞
2014, 9(5): 20-25. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.004
摘要:
工程应用中在进行鲁棒性优化设计时,要求所求出的解既要具有较高的质量,又要满足一定的鲁棒性要求。将鲁棒性优化问题转化为一个双目标的优化问题,即一个目标为解的最优性,另一个目标为解的鲁棒性,并针对一艘最大应力接近许用应力的多用途船进行基于鲁棒性的中横剖面优化设计。首先,用支持向量机的方法建立船体舱段的近似模型,用于求取舱段的最大应力,并结合蒙特卡罗积分的思想构造出表示最大应力鲁棒性的函数;随后,以最大应力最小和最大应力的鲁棒性函数值最小为目标函数,设计出一种求解鲁棒性最优解的粒子群多目标优化算法。优化结果不仅能降低船体结构的最大应力,同时还可较大程度地提高最大应力的鲁棒性,证明了该方法的可行性。
基于FORAN的船体结构底层数据结构分析
宋一淇, 王佩瑜, 常守明, 符安邦
2014, 9(5): 26-32. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.005
摘要:

随着三维设计系统应用的深入,基于其底层数据,尤其是结构数据进行二次开发的需求逐渐增多。针对主流的船舶设计系统FORAN,首先对其船体专业模块之间的关系及FHULL船体结构模块建模方式进行分析,明确底层数据研究的对象,也就是模型的各种重要属性。然后,通过模型分析及数据库监控等方法,确定与结构模型密切相关的数据表,进而对这些表的内容、差异性以及关联关系进行详细分析。最后,根据对表的分析结果,结合模型材料属性的解析给出其应用方法。对船体结构底层数据的研究结果,既可用于模型各种属性的解析及其深度利用,又可用于对FHULL模块异常错误的底层处理等方面。

模糊集和熵权法在船舶耐波性综合评价中的应用
王凯歌, 屈俊飞, 王鹏
2014, 9(5): 33-38. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.006
摘要:

运用模糊集和熵权法开展船舶耐波性综合评价,建立基于横摇、纵摇、垂荡、砰击、甲板上浪、螺旋桨出水和船艏垂向加速度的船舶耐波性综合评价体系,系统阐述该方法的基本原理和实施步骤。该模型结合客观赋权法和主观赋权法的各自特点,依据输入指标的数据矩阵提取备选方案中的有效隐含信息,并反映评价对象所处的背景条件和评价者的意图,其综合权重的确定过程全面且成熟。以30组样本数据为输入,对某油船在不同航行状态下的耐波性能开展评价分析,研究表明,模糊集和熵权法在船舶耐波性综合评价中具有一定的推广和实用价值。

基于积分法的粗糙壁面湍流边界层发展预测
张涛, 朱晓军, 彭飞, 闵少松
2014, 9(5): 39-43. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.007
摘要:
壁面粗糙度对湍流的影响研究是流体动力学的热点问题。利用边界层积分法对零压力梯度下棱锥形粗糙壁面湍流边界层的发展进行预测分析。首先,以2个几何统计参数对棱锥形的粗糙形态进行描述,通过对试验数据的拟合分析,确定粗糙度函数的具体形式;然后,利用动量积分方程和壁面律求解出粗糙壁面湍流边界层厚度和局部摩擦系数沿流向的变化情况。计算结果与试验数据吻合较好,表明采用积分法预测粗糙壁面湍流边界层的发展精度较高,适于工程应用。
基于CFD的水下拖曳体艉部流场仿真
曾东, 李朋飞
2014, 9(5): 44-48,59. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.008
摘要:

水下拖曳体的艉部线型是决定其水动力性能的重要特征之一,良好的艉部线型对减小拖曳体的形状阻力系数,提高拖曳航速,减小拖缆的张力等都有积极意义。选用带十字尾翼的水下拖曳体作为研究对象,应用k-[ε]模型对其艉部流场特性进行精细分析,分析静压力系数Cp沿拖曳体长度方向的分布,并对水下拖曳体与尾翼交接部上游马蹄涡流动的产生及发展过程进行计算,得出拐角区的流线及流场。计算和实验结果表明,所采用的计算模型和方法合理,可在此基础上应用到其他水下拖曳体的外形优化设计中。

M船型阻力模型试验研究
唐建飞, 黄武刚
2014, 9(5): 49-52. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.009
摘要:

为准确评估M船型的水动力特性,掌握该船型的阻力特性和船型特征,对该船型进行阻力模型试验研究。通过测定不同排水量、不同重心纵向位置下船模的阻力值、纵倾角及重心升沉值,研究排水量和重心纵向位置对该船型阻力性能的影响。试验结果表明: M船型具有与常规滑行艇不一样的阻力特性,该船型拥有2个高速阻力峰,当航速持续增大越过第1个高速阻力峰后,阻力值有明显的回落,当航速继续增大越过第2个高速阻力峰后,阻力值基本保持不变,且2个高速阻力峰出现的航速与排水量大小和重心纵向位置的相关性不大。

基于数值计算的调距桨桨叶强度校核方法
汪宏, 曾志威, 曾志波
2014, 9(5): 53-59. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.010
摘要:
针对复杂的螺旋桨几何外形和载荷分布,为解决其强度校核问题,首先,采用单向流固耦合CFD方法和有限元方法对螺旋桨的结构强度进行计算分析,通过与文献推荐的安全系数进行比较,验证了该方法的合理性;然后,采用此方法对设计的调距桨在设计工况和系柱工况进行强度校核,同时与校核规范进行比较。结果表明,和现有的强度校核规范相比,此方法能提供更多的调距桨结构强度信息。该方法是先求解RANS方程来获取桨模表面的水动力压力系数,然后划分实桨的有限元模型,再把压力系数插值到有限元网格节点上计算得到实桨表面的水动力载荷,同时施加离心力,求解得到最大等效应力和应变,从而计算得到安全系数,可为调距桨的强度研究提供一种数值计算手段。
基于奇异强度理论的疲劳特性评估方法
高嵩, 徐丽, Nigel BARLTROP, 王大政
2014, 9(5): 60-68,76. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.011
摘要:

疲劳是海洋结构物破坏的重要因素,为简化舰船结构疲劳评估方法,基于线弹性断裂力学和切口应力强度理论,针对典型薄板结构研究拐角节点处的应力强度,分析结构形式,利用ANSYS有限元模拟和MathCAD函数拟合,分别给出计算应力强度因子的“奇异权函数法”和“奇异等效裂纹法”的研究方法,同时给出简便算法和经验公式。进而应用Paris裂纹扩展法则进行结构奇异强度疲劳特性评估,并结合S-N曲线分析拐角节点处的应力集中,得到与结构尺寸相关的“奇异应力集中系数”函数。最后,针对切口应力,提出有限元分析所需要的“奇异应力等效取值点”的参考位置。希望能将奇异强度理论纳入船舶结构疲劳强度校核规范中做参考。

浅水单点系泊FPSO软刚臂参数敏感性分析
刘成义, 唐友刚, 李焱, 李伟
2014, 9(5): 69-76. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.012
摘要:

软刚臂单点系泊FPSO是浅水油田广泛采用的油气开采设备。为研究单点系泊系统的受力性能,针对一艘作业于浅水油田的16万吨级软刚臂单点系泊FPSO,在线性三维势流理论的基础上,基于多体动力学方法建立FPSO—系泊腿—软刚臂的耦合模型,在时域内计算软刚臂单点系泊系统(SYMS)的动力响应特性;并进行软刚臂单点系泊系统参数敏感性分析,研究软刚臂系泊系统的系泊点高度、系泊刚架高度、软刚臂长度、系泊腿长度、压载舱重量等设计参数的变化对系统动力响应性能的影响。结果表明:单点载荷和系泊腿轴向载荷随着系泊点高度、系泊刚架高度和压载重量的增加先减小后增大,而随着软刚臂长度、系泊腿长度的增加则是先增大后减小;且单点载荷对软刚臂长度和压载重量这2个参数的变化最为敏感,而系泊腿轴向载荷则对系泊刚架高度、软刚臂长度这2个参数的变化最为敏感。

深海复合材料悬链线立管基于可靠度的优化设计
沈钦雄, 杨和振, 朱云
2014, 9(5): 77-84. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.013
摘要:
研究基于可靠度的方法,对深海复合材料悬链线立管进行优化设计分析。对于正交各向异性层合复合材料结构而言,叠层顺序不同、各层铺角变化以及层间厚度差异等都会影响到结构的承载能力,因此,有必要引进可靠度作为优化设计指标。首先,根据经典层合板理论计算整体模型的等效属性,建立悬链线立管整体分析模型,得到关键截面响应,以此作为局部分析模型的约束;然后,运用试验设计方法构建Kriging近似模型;最后,利用蒙特卡罗撒点方法对比分析确定性优化与可靠性优化的结果。研究表明:优化后的深海复合材料立管在满足应力强度设计的要求下可有效降低结构重量,所提出的基于可靠度的优化设计复合材料悬链线立管具有可行性。
肋板与流体的耦合对水下双壳体声辐射的影响
包宜颉, 周其斗, 纪刚, 黄振卫
2014, 9(5): 85-82. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.014
摘要:
以水下双层圆柱壳为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量、附加阻尼算法,计算各工况下分别忽略和考虑层间实肋板与内域流体耦合作用这2种情况下结构的振动与声辐射,并从均方法向速度级和辐射声功率级这2个方面分析讨论壳间肋板与内域流体耦合作用对水中双层圆柱壳振动与声辐射的影响。结果表明:壳间肋板与流体耦合作用对水下双层圆柱壳振动与声辐射影响很小。壳间肋板数量越多,厚度越薄,内壳半径越小,肋板与内域流体的耦合作用对结构的振动与声辐射的影响则越小。
车客渡船舱室噪声预报与控制
李卓亮, 季振林
2014, 9(5): 93-98,120. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.015
摘要:
针对新设计的100 m级海峡车客渡船开展舱室噪声预报和控制研究。使用统计能量分析(SEA)软件VA One预报所有舱室的噪声,由经验公式得到喷水激励、主辅机、泵体和风机等设备的结构噪声和空气噪声,并加载间接式通风空调口振动的实测值。采用特性分析的方法讨论结构噪声和空气噪声的传播方式,结果表明,结构噪声比空气噪声传播得更远。分析不同舱室的主要噪声来源,发现船舶下层结构,即艏楼甲板以下舱室的噪声主要来自机舱内,而上层建筑舱室的主要噪声则间接来自通风空调口。对于噪声超标的舱室,采取敷设阻尼材料和吸声材料以及加装消声器的减振降噪措施。研究表明,统计能量法适用于船舶设计阶段的噪声预报和声学优化计算,所得数据可为今后100 m级实船设计提供参考依据。
模糊神经网络在船舶电力推进系统状态评估中的应用
梁树甜, 郝春学, 王孟莲
2014, 9(5): 99-104. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.016
摘要:

船舶电力推进系统状态评估是状态检修的前提和基础,建立科学、全面、合理的评估指标体系,选择合适的评估方法,并最终开发切实可行的状态评估系统是船舶电力推进系统状态评估的必要步骤。提出船舶电力推进系统状态评估的流程、基于模糊神经网络的船舶电力推进系统状态评估模型和具体评估步骤,结合船舶电力推进系统的实船运行数据进行状态评估模型仿真试验。仿真试验结果表明,模糊神经网络方法应用于船舶电力推进系统的状态评估具有一定的准确性。

不同运行条件下船用蒸汽蓄热器充汽过程动态特性数值模拟
孙长江, 杨元龙, 王兴刚, 李良才, 蔡林
2014, 9(5): 105-109. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.017
摘要:

船用蒸汽蓄热器的充汽过程是复杂剧烈的汽液两相热质交换过程,具有瞬时充汽量极大、热负荷波动剧烈的特点,其充汽特性直接关系到舰船蒸汽动力系统的运行稳定性。根据船用蒸汽蓄热器的运行条件,采用考虑汽液两相蒸发与冷凝的两流体模型和热相变模型,进行不同初始水位和压力下船用蒸汽蓄热器充汽过程动态特性的数值研究。计算结果表明:在充汽流量一定的条件下,蒸汽蓄热器初始水位越高,导致蓄热器压力越小、蒸汽温度越低;蒸汽蓄热器初始压力越大,造成蓄热器压力越大、蒸汽温度越高;在充汽起始阶段,蒸汽蓄热器初始压力越大,蓄热器水位和压力波动越剧烈。

舰载反鱼雷鱼雷对抗行为分析与建模
陈卫伟, 闵绍荣, 李明辉, 谢红胜
2014, 9(5): 110-114,120. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.018
摘要:

为提高舰载反鱼雷鱼雷(ATT)对抗鱼雷的作战效率,研究ATT在多种方案下拦截鱼雷的问题。针对以往ATT二维对抗态势模型的不足,建立三维立体空间下的ATT运动学模型、鱼雷运动模型、ATT/鱼雷自导模型以及误差模型,运用MATLAB工具对ATT的对抗过程进行推演,并采用蒙特卡洛法定量分析ATT发射距离对不同拦截方案下拦截概率的影响。仿真结果表明,该模型可以用于舰载ATT对抗方案的定量评价。

基于Vega Prime的ROV柔性脐带缆动态模拟
郝金玉, 迟迎, 马立卿, 张聪
2014, 9(5): 115-120. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.019
摘要:

模拟柔性脐带缆在深海作业环境中的动态形态变化是构建遥控潜器(ROV)作业视景仿真系统的重点和难点之一。由于柔性脐带缆在海流作用下受力情况复杂、运动形态多变,利用现有成熟的视景仿真软件难以做到逼真模拟。采用凝聚参数法建立柔性脐带缆的模型、运动方程及变长度算法并进行仿真求解,结合所得数值解, 利用OpenGL语言和纹理映射技术动态绘制柔性脐带缆三维模型,并将柔性脐带缆动态模型与在Vega Prime平台建立的ROV主体进行衔接,获得了逼真的柔性脐带缆跟随ROV运动的动态模拟效果。

钢板移动式感应加热过程工艺参数分析与局部变形预测
陈诚, 张雪彪, 刘玉君, 汪骥
2014, 9(5): 121-128. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.05.020
摘要:
针对钢板移动式感应加热成形问题,采用正交试验分析得出影响钢板感应加热的主要因素是加热速度和空气间隙,并利用数值模拟分析这两个工艺参数与钢板变形之间的关系。结果表明,加热速度和空气间隙会影响加热深度,进而对横向收缩量、横向角变形和垂向位移有显著的影响。最后,在数值计算样本的基础上推导横向收缩量的回归数学模型,发现回归模型的计算值与试验值之间的相对误差在工程允许范围内,证明回归模型的计算结果可靠。