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2014年  第9卷  第4期

船舶结构优化设计技术研究进展
赵留平, 詹大为, 程远胜, 刘均
2014, 9(4): 1-10. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.001
摘要:

从经典优化设计方法、启发式优化设计方法、基于代理模型的优化设计方法3个方面综述船舶结构优化设计中优化技术的发展,指出启发式算法较经典优化方法更适合船舶结构的优化设计。船舶结构求解由基于规范的方法逐渐向基于有限元的求解方法发展,用代理模型替代耗时的结构有限元分析使得大型舱段甚至整船结构的优化设计成为可能。如何将代理模型,特别是动态代理模型合理、高效地应用于船舶结构优化设计将是船舶结构优化研究的重点。

面向对象的SoS体系结构建模方法及应用
廖晶静, 卢晶, 王治国
2014, 9(4): 11-17. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.002
摘要:

“系统的系统”(System of Systems,SoS)是一类由众多异质的组件系统为了特定的使命而集成起来的松耦合复杂自适应系统。参照美国国防部体系结构框架DoDAF V2.0,提出了一种面向对象的SoS体系结构建模方法。根据SoS的基本特性,运用统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)技术,介绍了面向对象的SoS体系结构的建模思想、方法及过程。最后以自动着舰系统体系结构设计为例,详细展示面向对象的体系结构建模方法的实现步骤,提供组件系统体系结构的建模设计顺序及开发流程。该方法可用于集成系统功能仿真的顶层设计。

大型船舶驾驶室数字化人机工程设计评价方法
钱江, 余昆, 颜声远, 熊巍, 叶金亮, 黄杰
2014, 9(4): 18-24. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.003
摘要:

研究大型船舶驾驶室人机工程设计评价方法对于减少驾驶室的人因失误、提高作业效率并保障航行安全有重要意义。采用层次分析法构建驾驶室人机工程设计评价指标体系及指标权重关系;建立基于中心点高斯分布白化权的综合价值聚类评价模型,以集结人机关系评价信息综合价值灰类;应用仿真技术构造驾驶室数字化人机工程设计主、客观综合评价系统,以高效、直观地实施人机工程综合评价。最后,通过驾驶室人机工程设计评价实例验证了该方法的可用性及有效性。

多尺度的潜艇集体逃生舱运动过程数值模拟
唐鑫, 黄祥兵, 黄兴玲
2014, 9(4): 25-29. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.004
摘要:
潜艇集体逃生舱上浮速度过大,导致冲出水面再落水冲击时会产生较大的冲击力,从而对人员造成二次威胁。为了研究集体逃生舱的尺度参数对其运动安全性的影响,建立多尺度逃生舱的上浮运动和入水冲击理论模型,并采用FLUENT和ANSYS/ LS - DYNA对集体逃生舱的运动过程进行计算机仿真。研究结果表明,增大集体逃生舱的直径可以减小其出水速度和入水冲击力,有利于提高集体逃生舱的安全性。
小型LNG船C型独立液舱内部压力计算
关心, 马坤, 管官
2014, 9(4): 30-35. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.005
摘要:
根据IMO《国际散装运输液化气体船舶构造与设备规则》及相关的压力容器标准GB 150.3-2011,提出一种针对小型LNG船C型独立液舱内部压力的三维计算方法,并借助AutoCAD的建模与计算功能,利用VBA进行二次开发,用程序实现内部压力及板厚的三维计算。针对某多用途小型LNG船的C型独立液舱,分别采用三维计算方法与传统的二维计算方法进行计算并比较结果差异,同时分析由船舶运动引起的加速度对计算结果的影响。结果显示:采用三维计算方法所得结果更准确,在精确设计时有必要按照三维计算方法进行计算;在工程实际中,针对设计蒸气压力通常大于0.3 MPa的单圆筒C型独立液舱的内部压力计算,可以采用传统的二维方法;由船舶运动引起的加速度对计算结果的影响不可忽略;对于设计蒸气压力较小的其它形式液舱的内部压力计算,应采用三维计算方法。
基于CFD的双艉船型阻力数值预报
方昭昭, 赵丙乾, 陈庆任
2014, 9(4): 36-43,62. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.006
摘要:

根据船体阻力成因和预报方法的讨论分析,提出一种应用计算流体动力学(CFD)理论进行双艉船型阻力数值预报的方法。该方法采用势流理论计算兴波阻力,基于粘性流理论计算粘性阻力。通过对某典型散货双艉船与液货双艉船在不同航速下的阻力预报及其试验数据的比对分析,结果显示,预报误差基本控制在4%以内。研究表明,该方法计算效率较高、易于实现、经济性较好,且预报精度能满足工程需要,具有较强的工程实用性。

舰艇横摇进水过程姿态参数数值求解与实验研究
侯岳, 鄢凯, 浦金云
2014, 9(4): 44-49. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.007
摘要:
目前在进行破损舰艇进水过程姿态计算的理论和实验研究时,主要还是针对静水情况进行分析,而未考虑舰艇横摇运动下进水过程的姿态计算。基于此,首先以横摇运动的进水过程为研究对象,建立横摇运动微分方程组;然后,在对时间域进行离散化的基础上,使用“四阶龙格—库塔”公式建立数值求解算法;最后,对模型及求解算法进行船模实验验证。设计的实验包括3个不同的进水模式,船模实验结果表明了模型和算法的准确性。所建立的模型和算法可直接用于舰艇横摇运动的仿真,并能为横摇过程中的舰艇稳性计算提供支撑。
基于CFD方法求取供应船位置水动力导数回归公式
柯枭冰, 罗薇, 赵小仨, 徐海祥
2014, 9(4): 50-54. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.008
摘要:
以动力定位船为研究对象,通过船型变换生成供应船的系列船型。基于CFD数值模拟约束模平面运动机构(PMM)试验中的斜拖试验,得到系列船型在不同漂角时所受的横向力和转艏力矩,经最小二乘法拟合求得各船型的位置水动力导数。在此基础上,通过多元回归,得到位置水动力导数关于船型参数的回归公式,以为设计阶段动力定位船位置水动力导数的确定提供简便的方法。
舰船复合材料夹层板架结构的分级递进优化设计方法
周晓松, 梅志远
2014, 9(4): 63-69. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.010
摘要:
由于复合材料板架结构具有各向异性、界面复杂及可设计变量众多等特性,因而在开展优化设计时往往困难重重。对此,采用分级递进优化设计方法。以某型舰甲板室舷侧复合材料夹层板架结构为对象,首先根据工程实际并结合复合材料板架结构的设计特点,提取所有可设计变量,并在此基础上分析所有设计变量的灵敏度特征规律;然后,对该夹层板架结构进行两级优化计算与分析;最后,对优化前后的计算结果进行对比分析。研究结果表明,分级递进优化设计方法能有效解决复杂的复合材料板架结构多变量设计问题。
夹芯复合材料T型接头制备工艺及力学性能试验研究
陈亮, 杨坤
2014, 9(4): 70-75. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.011
摘要:

针对复合材料夹芯板结构非平面内连接要求,提出一种夹芯复合材料T型接头结构形式及其真空辅助成型制备方法。针对T型接头弯曲试件和剪切试件,分别开展三点弯曲试验和剪切试验,分析该型接头制备工艺稳定性、极限承载能力和破坏模式。研究结果表明:T型接头所采用的制备工艺稳定性较好;该接头弯曲刚度为1.44 kN/mm,极限弯矩达到1.15 kN·m;剪切刚度为230 N/mm,极限抗剪弯矩高于348 N·m。结构主要破坏模式:1) 弯曲试件:梯形过渡区拐角处出现初始损伤,接头强度失效模式为梯形过渡区复合材料表层与填充芯材界面剥离;2) 剪切试件:楔形搭接区端部初始剥离,继而45°增强层与夹芯板条界面剥离,最后,梯形过渡区复合材料表层与45°增强层和填充芯材之间界面剥离,结构崩溃破坏。

一种非均匀环肋圆柱壳振动与声辐射性能研究
王珺, 夏齐强, 林超友, 陈志坚
2014, 9(4): 76-83. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.012
摘要:

引入圆柱壳圆截面内运动假设,利用模态法推导非均匀环肋圆柱壳模态机械阻抗解析式;通过模态机械阻抗控制法,围绕激励力位置设置阻抗增强肋骨,构造一种非均匀环肋圆柱壳;采用FEM/BEM法对该非均匀环肋圆柱壳振动与声辐射性能进行研究,并通过模型振动试验与普通环肋圆柱壳进行对比分析。研究表明:通过增大环肋机械阻抗、合理地布置阻抗增强环肋位置构造的非均匀环肋圆柱壳,可有效降低结构振动响应和辐射噪声水平,具有较好的振声性能。

粘弹性阻尼材料减振性能试验评估方法
肖邵予, 汪浩, 阮竹青
2014, 9(4): 84-87. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.013
摘要:

为在船体结构声学设计阶段或阻尼材料研制阶段预先评估粘弹性阻尼材料的减振效果,基于锤击法,建立平板振动试验模型,引入频响函数幅值平均衰减量参数,对3型粘弹性阻尼材料复合试样分别在不同频段内的减振效果进行对比分析。结果表明:基于损耗因数和频响函数幅值平均衰减量的粘弹性阻尼材料减振效果试验评估方法能迅速在不同频段对阻尼材料的减振性能进行排序;利用频响函数幅值平均衰减量,可对耗能机理较为复杂的约束阻尼减振效果进行评估,为结构设计或研发阻尼材料提供依据。

一种基于TCM-SVDD的样本类别标注方法
朱海潮, 崔立林
2014, 9(4): 88-92. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.014
摘要:
船舶机械噪声源的识别是一个小样本条件下的模式识别问题,采用增量学习是解决此问题的一条有效途径。但在进行增量学习以前,必须对新增样本的类别进行有效识别。为有效识别新增样本的类别,提出一种新的TCM-SVDD方法。首先,通过支持向量数据描述(SVDD)方法获得训练样本与新增样本的拉格朗日乘子; 然后,将其作为该样本的奇异值代入直推置信机(TCM)中,估计新增样本属于不同类别的置信度,并将其与预设的置信水平进行比较; 最后,剔除新增样本中的异类样本,实现增量学习。试验结果表明,该方法能快速、 准确地识别异类模式样本,对训练样本集中混有少量异类模式样本的情况不敏感,而且可以控制对异类样本的检测准确率,自动化程度高。
船舶管网系统水力特性研究及其应用
宋振国, 蒋丁宇, 张晓滨
2014, 9(4): 93-98,103. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.015
摘要:

船舶管网系统水力特性是水力计算、系统调试、系统优化设计的理论基础。借助图论这一数学工具,建立了管网系统水力特性的数学模型。在该模型的基础上,利用逐渐增加管网系统回路并逐步迭代计算新增回路阻力系数和流量的思想,提出一种无需给定迭代初值的管网水力计算方法,通过对实船压载水系统进行实时仿真计算,验证计算方法的有效性;提出了一种管网系统调试方法,利用滑油管网系统调试,验证了该方法的合理性。

动力装置蒸汽预热供汽的多方案综合评估方法
张鹏
2014, 9(4): 99-103. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.016
摘要:

目前的方案优选多属定性分析和经验决策,存在较大的主观随意性。为提高方案优选的准确性,首先从使用者角度出发,以使用者更为关心的蒸汽预热供汽系统完成特定任务的总体能力为核心,兼顾费用和风险对备选方案优选的约束作用,提出以“系统效能―费用―风险”为准则层的蒸汽预热供汽方案评估指标体系,然后按照系统综合评估的一般步骤,对评估指标进行量化与标准化处理,确定评估指标的权重,并完成评估指标的集成,最终得到5种蒸汽预热供汽备选方案的排序结果。评估结果表明,中压电极锅炉方案为最优方案。构建的评估指标体系、采用的评估方法以及备选方案的排序结果,可以为蒸汽预热供汽方案的论证与决策提供必要的理论依据。

基于两个特殊电场平面的目标定位技术
王相生
2014, 9(4): 104-108. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.017
摘要:

针对水下目标物理特性被人为削弱或消除所造成的目标定位困难的问题,根据求解的混合电偶极子在海水中的电场分布的解析表达式,从理论上证明混合电偶极子的电场分布中两个具有重要实际意义的电场平面的客观存在,即电场垂直分量的过零面以及电场水平分量的极值面;并采用电磁场有限元分析软件Ansoft进行仿真,仿真结果与理论推导结果吻合,表明两个特殊平面的理论推导是正确的,可为利用这两个特殊电场实现目标定位奠定基础。

锚链直径对船舶锚泊能力的影响
胡晓芳, 丁德勇
2014, 9(4): 109-112,119. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.018
摘要:

从减轻船总体负担、采用链径更小的海洋系泊链的设计需求出发,以单个链环为微元对锚链在锚泊状态所形成悬链线方程进行推导,建立锚链在典型锚泊状态下的悬链线方程,并以此为基础完成不同链径锚链在抛锚长度、最大可承受环境力、最大抛锚深度等方面的计算分析。结合计算结果和船舶实际使用情况,对采用不同链径锚链的锚泊能力进行综合分析后认为,虽然链径较粗的锚链的理论锚泊能力较强,但若采用霍尔锚等非大抓力锚,或对锚泊水域面积无明确要求、没有在深水中抛锚的特殊需求等,则可以选用链径相对较细的海洋系泊链代替目前规范中规定的电焊锚链。

基于ADAMS优化设计的某潜艇用流水孔启闭装置
李维嘉, 江涛, 蔡斌, 王波
2014, 9(4): 113-119. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.019
摘要:
为最大限度提高潜艇战斗力,增强潜艇快速性,减小航行噪声,流水孔启闭装置被广泛应用于新型潜艇中。以某型潜艇流水孔启闭装置为研究对象,建立运动仿真模型,利用ADAMS仿真软件提供的优化设计功能,对运动机构进行优化设计,优化后,启动装置工作时对驱动力的要求明显降低。同时,针对该装置在实艇装配时可能出现的安装误差,通过添加约束条件进行再次优化设计。再次优化的结果显示,驱动力的波动维持在较低水平,从而进一步提高了设备的可靠性和环境适应性。
半开式径向叶轮上游预旋流动研究
张瑶, 杨怀德, 江山, 喻萌
2014, 9(4): 120-126. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2014.04.020
摘要:

叶轮进口上游的预旋流动是影响流体机械水力及空化性能的重要因素,主要采用粒子成像测速(PIV)技术对半开式径向叶轮上游的预旋流动进行试验研究。通过对比不同转速和流量工况下的PIV试验结果,发现在叶轮上游吸入管内均存在与叶轮旋转方向一致的预旋流动,且偏离设计工况越远、距离叶轮越近、其预旋速度相应也越大。同时,叶轮旋转的影响还可通过流道向上游传播,继而在吸入管内诱导产生涡量场。因此,有必要基于RANS方程组及RNG k-ε湍流模型进行叶轮全流道三维湍流流场的数值模拟。结合试验和数值模拟的结果,可发现吸入管内部预旋流动主要为沿旋转方向的周向流动,而沿半径方向的径向流动很小,且径向速度在数值上要比周向速度小一个量级。