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2017年  第12卷  第5期

《中国舰船研究》2017年第5期目录
《中国舰船研究》编辑部
2017, 12(5): .
摘要:
[1] 舰船消防安全工程研究现状…陆守香,陈潇,吴晓伟(1)[2] 舰船灵活性概述…付泽南,董晓明(13)[3] 基于目标分流方法的船舶概念方案多学科设计优化…王健,谢伟,王涛,刘晓军(22)[4] 轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法…张彦儒,林焰,陆丛红,纪卓尚(30)[5] 基于JT格式的船舶舱室三维模型自动提取方法…方雄兵,吴波(38)[6] 基于IDEF0的设备装舰紧固件设计开发…卢永进(46)[7] 腐蚀、疲劳损伤下船体结构可靠性研究现状与展望…吴梵,滑林(52)[8] BEM/FEM耦合螺旋桨静强度计算方法…叶礼裕,王超,李鹏,王锡栋(64)[9] 双向受压裂纹板剩余极限强度分析…陆亚兵,王德禹(75)[10] 基于灰靶理论的船舶结构构件贡献度分析…王文禹,刘敬喜,赵耀(84)[11] 近自由液面气泡与冲击波的相互作用…叶曦,初文华,陈林,张阿漫(90)[12] 基于神经网络和遗传算法的系泊优化设计…许小颖,周盼,王宽(97)[13] 基于AMESim的滑轮缓冲器动力学建模与仿真…毕柯,李想,汤智胤,欧阳斌,何海涛,王琦,吴钢(104)[14] 大型LNG船发电机室的燃气管线泄漏分析…岑卓伦,刘涛,王磊,窦旭(109)[15] 大型舰船环状冷媒水系统运行模式试验研究…金正涛(120)[16] 水蒸汽参数对密封动静特性的影响…何文强,郑志豪,张万福(126)[17] 船体中厚钢板局部热压成形中的回弹仿真分析…谢栋,赵耀,董宏宝(132)[18] 潜艇建造中的全站仪高精度转站方法…闵少松,王中,王海霖,彭飞(141)
总体与性能
舰船消防安全工程研究现状
陆守香, 陈潇, 吴晓伟
2017, 12(5): 1-12. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.001
摘要:
舰船消防安全工程理论是损管技术研究的理论基础。基于公共安全三角形原理,结合舰船损管防护技术特点,提出舰船消防安全工程理论框架体系,即舰船火灾演化、舰船火灾损伤和舰船火灾防护。分别从舱室与开放空间火灾动力学,以及人员、设备及结构的火灾损伤机理、火灾烟气控制、消除技术和新型灭火技术等方面分析了国内外研究进展。通过完善舰船消防安全工程理论体系,可不断提升我国的舰船火灾防治技术水平,进而提高我国舰船生命力。
舰船灵活性概述
付泽南, 董晓明
2017, 12(5): 13-21. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.002
摘要:
目前海上非对称威胁日益突出,灵活快速的响应能力逐渐成为舰船作战效能的一个重点,利用开放式体系结构和模块化构建技术,作战平台可以进行灵活的系统配置以完成作战任务。由于作战平台和子系统解耦,模块化的软硬件可以在不同作战平台之间进行复用,有效降低舰船的建造、集成、维护和测试成本。对如何建造灵活的舰船进行研究,包括设计与制造、采购以及作战流程等方面的内容,并简述灵活性的量化分析方法。
基于目标分流方法的船舶概念方案多学科设计优化
王健, 谢伟, 王涛, 刘晓军
2017, 12(5): 22-29. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.003
摘要:
  目的  船舶概念设计是通过多个学科分析、协调从而得到综合优化概念方案的过程,也是一项技术难度大、涵盖范围广泛的复杂系统设计问题。同时,与船舶单个子学科技术的迅速发展相比,船舶总体设计优化方法发展相对缓慢。  方法  在阐述船舶分解与协调策略的基础上,采用解析目标分流方法(ATC),以某油船设计为例,建立由浮态与稳性、阻力与推进(快速性)、操纵性、舱容、经济性共5个学科组成的船舶概念设计优化数学模型,探讨船舶概念设计阶段的总体设计优化问题。  结果  数值算例表明,解析目标分流方法可以较好地解决船舶总体设计学科间复杂耦合所带来的计算困难,具有良好的稳定性与收敛性,  结论  可有效支撑船舶的总体设计优化。
轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法
张彦儒, 林焰, 陆丛红, 纪卓尚
2017, 12(5): 30-37, 45. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.004
摘要:
  目的  当前常规的船体曲面设计局限于现有母型船设计空间,并且不能以足够少的参数驱动生成设计船型。为了解决上述问题,  方法  将吃水函数与NURBS方法相结合,提出船舶自行设计垂向参数化方法。以船体水线为基本设计单元,以平底线、设计水线、首尾轮廓线、平边线及最大横剖线为特征约束,以特征参数对应的吃水函数值为设计目标,建立水线逼近模型。可应用进化算法对该逼近模型进行求解,最后通过蒙皮法生成船体曲面。  结果  相关特征线的设计实例表明了该方法的实用性和先进性。  结论  应用该方法可以通过尽可能少的数据量完成船体曲面设计,且更适用于新船型的自行设计。
基于JT格式的船舶舱室三维模型自动提取方法
方雄兵, 吴波
2017, 12(5): 38-45. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.005
摘要:
  目的  在船舶设计过程中,通常需要从整船三维模型中提取一个区域、系统或舱室的模型。针对舱室模型提取的应用需求,  方法  以FORAN软件导出的JT模型为研究对象,提出一种基于JT格式的舱室三维模型自动提取方法。通过分析舱室模型的组成、构成舱室的各类模型蕴含的信息以及舱室与这些信息之间的关系,确立了将产品号、舱室对应的区域号、建造总段号以及舱室包围盒坐标作为舱室模型的过滤条件。根据这些用户预先定义的过滤条件以及产品全寿期管理(PLM)中的对象类型、名称和JT模型包围盒,可以从整船三维模型中快速过滤出舱室内的所有零件,进而将获得的模型合并成一个装配结构与整船BOM结构相同的JT模型。  结果  在JT轻量化模型管理系统的基础上,实现所提出的算法。  结论  该软件工具实现了单个或者多个舱室模型的自动提取功能,提取的舱室模型可用于后续布置协调、间隙分析以及虚拟评审等环节。
基于IDEF0的设备装舰紧固件设计开发
卢永进
2017, 12(5): 46-51. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.006
摘要:
  目的  为提高设备装舰过程中的紧固件设计效率和质量,  方法  紧密结合舰船施工设计任务,系统描述设备装舰用紧固件设计流程。运用IDEF0分析方法建立设备装舰紧固件设计功能模型,并从输入、输出、控制和机制等方面梳理出设计过程中的信息传递和关联关系,以准确反映紧固件设计过程中的数据流、信息传递和关联关系。  结果  结合满足于设计者和开发者的设计功能模型,并基于AutoCAD软件VBA二次开发工具构建出了设计软件技术框架。  结论  研究结果可为紧固件设计工程应用和软件开发提供解决方案与理论支持。
结构与装置
腐蚀、疲劳损伤下船体结构可靠性研究现状与展望
吴梵, 滑林
2017, 12(5): 52-63. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.007
摘要:
对考虑腐蚀、疲劳损伤影响下船体结构可靠性分析层面的研究现状进行梳理和概述。通过综述发现:近年来,船体结构可靠性分析的对象已由拟建船体向现役船体结构方向扩展,且研究重心开始由腐蚀、疲劳损伤单一影响下的可靠性分析向两者交互作用影响下的可靠性分析方向发展。未来开展腐蚀、疲劳损伤下船体结构可靠性研究工作的重点将主要体现在以下4个方面:1)点蚀损伤船体结构破坏机理及对应的评估方法研究;2)腐蚀、疲劳损伤交互作用下的船体结构破坏机理研究;3)基于有限的实船损伤勘验数据,开展合理、可行的可靠性评估方法研究,进行船体结构全寿命周期内综合损伤下的可靠性分析;4)建立不同服役环境、服役期限的实船腐蚀、疲劳损伤数据库。
BEM/FEM耦合螺旋桨静强度计算方法
叶礼裕, 王超, 李鹏, 王锡栋
2017, 12(5): 64-74, 83. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.008
摘要:
  目的  螺旋桨强度的可靠性与船舶安全航行直接相关。为了快速且准确地计算螺旋桨强度,  方法  将边界元(BEM)和有限元法(FEM)耦合开发螺旋桨强度预报程序。运用低阶边界元法程序对螺旋桨进行水动力性能计算,并使用普朗特—许力汀平板摩擦阻力公式进行粘性修正,然后将计算得到的桨叶表面压力和粘性修正力作为有限元法结构计算的面力输入。针对螺旋桨结构形状的特殊性,发展实体螺旋桨有限元结构单元的自动划分方法,运用有限元结构计算方程计算出螺旋桨在表面压力和体积力作用下的应力与位移分布。以DTRC 4119模型桨为例,对提出的方法进行收敛性和网格无关性分析,并与文献的有限元软件计算结果进行比较,以验证其有效性。  结果  计算结果表明,提出的方法能够准确计算螺旋桨的应力和位移分布。  结论  该方法避免了人工建模及有限元网格划分的过程,具有实施程序简便、计算效率高等优点,可嵌入到螺旋桨的理论设计和优化设计过程中,形成快速计算螺旋桨强度的能力,提高螺旋桨设计的效率。
双向受压裂纹板剩余极限强度分析
陆亚兵, 王德禹
2017, 12(5): 75-83. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.009
摘要:
  目的  船舶在航行过程中船底板等船体结构除了受到纵向弯曲应力以及舷侧外板传递的横向水压力载荷影响外,还因焊接及应力集中容易产生裂纹,使船体结构的承载能力降低。为此,  方法  通过数值计算,研究双向受压载荷作用下含中心裂纹船体板的剩余极限强度。首先,提出计算含裂纹船体板剩余极限强度的参数化函数模型;然后,计算和分析影响其强度的因素,如裂纹长度、倾角和船体板细长比、长宽比以及横纵载荷比,并提出倾斜裂纹的有效投影长度参数;最后,基于计算结果,拟合得到双向受压载荷作用下含中心裂纹船体板的剩余极限强度计算公式。  结果  结果表明,运用计算公式得到的结果具有较高的精度,  结论  可用于对实船上含中心裂纹船底板纵向极限承载能力的计算分析。
基于灰靶理论的船舶结构构件贡献度分析
王文禹, 刘敬喜, 赵耀
2017, 12(5): 84-89, 96. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.010
摘要:
  目的  为了研究结构构件对船舶结构性能的影响,提出了构件贡献度的概念。  方法  首先,阐述船舶构件对其结构性能的层次关系,建立从构件到船舶结构性能的映射关系,通过定义构件贡献度来描述结构构件对船舶结构性能的影响程度。然后,采用灰靶理论对船舶构件的贡献度进行定量分析。最后,以小线面双体船(SWATH)为例运用该方法对其进行分析,  结果  得到各船舶构件贡献度的统计结果。  结论  结果表明,该方法可用于船舶结构方案评估,能为后期船舶结构优化设计提供支持。
近自由液面气泡与冲击波的相互作用
叶曦, 初文华, 陈林, 张阿漫
2017, 12(5): 90-96. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.011
摘要:
  目的  为了研究自由液面、气泡与冲击波三者之间的相互作用,  方法  基于间断迦辽金法,结合Level Set与Real Ghost Fluid方法,分析复杂流场中冲击波传播特性及气泡运动特性,描述流场内各种波系的生成与发展过程。  结果  结果表明:在相互作用过程中,流场生成的复杂波系中包含多个稀疏波和冲击波。自由液面减缓了气泡的溃灭速度,而入射冲击波则加快了气泡的溃灭速度,并使自由液面的上拱运动增大。  结论  所得结果可为水下爆炸对舰船结构的毁伤机理提供参考。
基于神经网络和遗传算法的系泊优化设计
许小颖, 周盼, 王宽
2017, 12(5): 97-103. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.012
摘要:
  目的  为使船舶维持作业位置的稳定,需采用系泊系统来减小浮体的平动。  方法  以一艘南海作业的铺管船为例,通过优化锚泊线的布置方式来最大限度地减小系泊状态下锚链的平动位移量,保障船舶作业安全。首先,以抛锚距离和锚链方位角作为正交试验的因素,得到不同的系泊布置方案,利用Moses软件计算不同布置方案在不同浪向下的时域运动位移和锚链受力情况。然后,将结果作为样本,对BP神经网络进行训练,实现BP网络对Moses时域计算的仿真。最后,将抛锚距离和锚链方位角作为优化变量,取不同浪向下的加权平动位移为优化目标,并以BP神经网络的泛化能力代替Moses的时域计算,采用遗传算法进行优化求解。  结果  结果表明,该铺管船各个浪向下的平动位移均有了显著的减小,优化效果明显,  结论  可为海上浮式结构物的系泊布置提供参考。
机电与控制
基于AMESim的滑轮缓冲器动力学建模与仿真
毕柯, 李想, 汤智胤, 欧阳斌, 何海涛, 王琦, 吴钢
2017, 12(5): 104-108. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.013
摘要:
  目的  针对传统滑轮缓冲器的缓冲性能不足以及阻拦索张力峰值过大的问题,  方法  采用基于行程可变阻尼的滑轮缓冲器替代传统滑轮缓冲器,应用AMESim软件对2种滑轮缓冲器进行建模与仿真分析。  结果  结果表明:基于行程可变阻尼的滑轮缓冲器可以有效提高阻拦装置的各项拦截指标,且对舰载机冲击载荷的适应性良好。与传统滑轮缓冲器相比,其阻拦索张力峰值降低25%,舰载机最大加速度降低23%。  结论  研究结果可为进一步改善舰载机阻拦装置的性能提供理论参考。
大型LNG船发电机室的燃气管线泄漏分析
岑卓伦, 刘涛, 王磊, 窦旭
2017, 12(5): 109-119. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.014
摘要:
  目的  目前,由双燃料发动机组成的电力推进系统是大型液化天然气(LNG)船的主流推进方式,必须对爆炸性可燃气体进行安全可靠性的定性、定量评估,以规避潜在风险。  方法  以某双燃料电力推进大型LNG船发电机室为研究对象,对其内部不同区域的燃气(天然气)泄漏工况进行模拟分析。根据泄漏发生的形式、位置和速率等定义危险泄漏工况,选择雷诺应力模型为湍流模型,采用计算流体力学(CFD)软件Fluent对发电机室燃气供应管线的5个泄漏点进行持续泄漏模拟计算,并将泄漏扩散结果与舱室通风的流场速度分布相结合,得到不同区域发生泄漏后的天然气扩散趋势和浓度分布。  结果  根据仿真模拟结果优化了可燃气体探测器布置方案,并明确了排气风机无需进行防爆设计。  结论  研究结果可为有限空间内通风条件下的可燃气体泄漏事故分析防范提供参考,并且适用于燃烧爆炸破坏的定量评估,用以指导结构强度设计。
大型舰船环状冷媒水系统运行模式试验研究
金正涛
2017, 12(5): 120-125. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.015
摘要:
  目的  为了解决大型舰船环状冷媒水系统多种工况运行时的水力平衡问题,  方法  针对该系统的形式及特点,搭建缩比试验平台,对系统各区独立运行、备用泵向各区供水、单泵及多泵联合供水等多种运行模式进行试验研究。分析在不同运行模式下各区用户支路的流量分配特性。  结果  试验结果表明,当位于舰船舯部的备用泵分别向其他各用户区供水时,各用户支路的实际流量达到设计流量的90%以上,其水力失调度为0.89~1.02;单泵向全舰供水时,用户试验流量仅达到设计流量的20.0%~37.1%,区间流量最大不平衡率均大于40%,存在严重的水力失调现象;对于系统多泵联合供水运行模式,双泵、三泵、四泵联合供水模式下的最优运行工况可满足舰船不同负荷下的水量需求,区间流量最大不平衡率小于15%,结果能满足工程要求。  结论  试验结果可为实舰运行与控制提供参考依据。
水蒸汽参数对密封动静特性的影响
何文强, 郑志豪, 张万福
2017, 12(5): 126-131. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.016
摘要:
  目的  为了研究工质参数对透平机械中密封动静特性的影响,  方法  建立梳齿密封三维数值模型,分别以空气和水蒸汽为工质,应用计算流体力学(CFD)方法和旋转坐标系方法分析不同水蒸汽参数对密封泄漏性能和动力特性系数的影响。  结果  结果表明:工质为空气和水蒸汽时,密封的泄漏特性区别很大,其流体激振力与涡动速度分别呈线性和二次非线性的变化关系。当水蒸汽温度增加时,密封动力特性系数的变化将导致系统的稳定性下降。  结论  因此工质参数对透平机械的系统稳定性具有重要意义,在实际应用中需要考虑工质参数对密封动静特性及转子系统的影响。
建造与维修
船体中厚钢板局部热压成形中的回弹仿真分析
谢栋, 赵耀, 董宏宝
2017, 12(5): 132-140. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.017
摘要:
  目的  为了研究船体中厚钢板局部热压成形过程中影响回弹的因素,  方法  运用三维热弹塑性有限元仿真方法对影响回弹的参数进行研究和分析,通过一系列数值仿真试验考察板材的整体温度、温度场分布、板材尺寸、局部加载量等参数对其成形回弹的影响。  结果  分析结果表明,当板材成形温度超过材料屈服应力并达到开始显著下降的温度点时,回弹会随温度的升高而开始大幅度减小;由于变形区域的分布特点,在温度场分布的3个维度中,局部变形范围较大方向的温度分布对回弹的影响占主要部分;加热条件完全相同时,板材长度和宽度方向的尺寸变化对回弹均有一定的影响,其中,局部变形范围较大的板长方向的尺寸变化对回弹的影响更明显,板材回弹随局部加载量的增大而减小。  结论  研究结果有助于实现优化船体中厚钢板自动化成形的参数获取,对进一步研究船体中厚钢板局部热压成形的回弹问题也具有基础性指导作用。
潜艇建造中的全站仪高精度转站方法
闵少松, 王中, 王海霖, 彭飞
2017, 12(5): 141-146. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.018
摘要:
  目的  应用全站仪对潜艇总段耐压壳体进行测量时,由于壳体分层、结构物遮挡等原因,需在多个不同位置架设全站仪才能完成整个舱段的测量,而全站仪自身转站功能限制条件大,无法满足潜艇内部测量的复杂环境要求,也难以保证较好的总体测量精度,因此提出一种新的高精度转站方法。  方法  该方法是在不同站位下均测量设定的几个相同公共点,利用各站位下的公共点坐标设计算法,自动建立多级转站关系,  结果  有效提高了转站精度和测量效率。  结论  实验表明,所提方法在多级转站条件下仍能保证总体测量达到亚毫米精度,可以满足潜艇建造的高精度测量要求。