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2020年  第15卷  第1期

《中国舰船研究》2020年第1期目录
《中国舰船研究》编辑部
2020, 15(1): .
摘要:
[1] 船舶在波浪上纵向运动与控制研究综述…孙一方,宗智,姜宜辰(1)[2] 多UUV搜索海底声信标任务规划方法…张宏瀚,郭焱阳,许亚杰,李本银,严浙平(13)[3] 多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制…吴文涛,古楠,彭周华,刘陆,王丹(21)[4] 基于速度选择切换型视线法的无人帆船循迹航行…袁鹏,徐泓燊,张雪飞,谭俊哲,王树杰,惠文海(31)[5] 无动力运载器倾斜爬升式上浮特性分析…张海洋,谷海涛,林扬,孙原,高浩,冯萌萌(38)[6] 基于NARX神经网络的船舶升沉运动实时预测方法…楼梦瑶,王旭阳,陈瑞,葛彤(48)[7] 船舶动力装置智能故障诊断技术的应用与展望…蒋佳炜,胡以怀,方云虎,李方玉(56)[8] 基于粗糙集和优化DAG-SVM的船舶主机故障诊断方法…刘国强,林叶锦,张志政,庞水(68)[9] 基于晶闸管的自动调压变压器故障诊断技术…范磊,李维波,徐聪,李巍,李齐(74)[10] 基于改进旋转门算法的船舶综合电力数据压缩技术分析…商承亚,鲍先强,付立军,朱琬璐,徐兴华(82)[11] 舰船综合保障体系综述…孙光甦,原宗,关静(89)[12] FPSO水动力特性的完全非线性数值模拟…孙雷,陆婷婷,邓潇潇,刘昌凤(95)[13] 海洋环境条件下浮动堆安全壳设计…谭美,李鹏凡,郭健,张进才,陈艳霞(107)[14] 碟旋体高速小角度入水稳定性仿真分析…张晓乐,彭松江,潘菲菲,杨兴林(113)[15] 波浪动力船水翼的推进性能分析…邓超,常宗瑜,冯展霞,张嘉坤(119)[16] FPSO与穿梭油轮的旁靠时域分析及系统优化…施兴华,于泽群,章柯,刘勤(127)[17] 多液舱晃荡与养殖工船时域耦合运动的数值模拟…肖凯隆,陈作钢(136)[18] 船体(平台)渤海冰区作业安全性分析…董斌,钱源,李元泰,丁剑锋,李辉(145)[19] 核电平台连接机构设计与运动响应分析…李想,李红霞,黄一(152)[20] 不同截面形状下弹性支撑多跨梁振动特性分析…鲍四元,周静(162)[21] 船舶舵机基座轻量化设计…佘小林,杨德庆(170)
智能船舶专题
船舶在波浪上纵向运动与控制研究综述
孙一方, 宗智, 姜宜辰
2020, 15(1): 1-12, 47. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01751
摘要:
  目的  随着全球经济和科技的发展,智能化是船舶发展的必然趋势。将自动控制用于船舶航态控制系统以达到改善其水动力性能的目的是当前的研究热点。  方法  首先综述国内外关于船舶运动算法的研究,然后介绍附体减摇系统控制信号的研究,在此基础上进一步总结基于运动计算结果的附体控制方法的发展,最后介绍关于纵向减摇模型试验的发展现状。  结果  分析表明:引入主动控制程序后减摇附体可以减少纵向运动响应多达60%,比被动控制下的减摇效果提升20%以上;理论上采用基于鲁棒控制和预测控制的主动控制系统的减摇效果要好于传统PID控制系统,但是由于PID系统具有简单直接的优点,模型试验研究还是基于PID控制为主。  结论  因此,在实际应用中将鲁棒控制或预测控制引入附体控制系统是智能船舶研究的重要发展方向之一。
多UUV搜索海底声信标任务规划方法
张宏瀚, 郭焱阳, 许亚杰, 李本银, 严浙平
2020, 15(1): 13-20. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01641
摘要:
  目的  为了提高特定海域内多水下无人航行器(UUV)执行海底声信标搜索任务时的搜索性能,需增加对目标的搜索概率。  方法  首先,给出各UUV所载被动声呐的搜索能力指标函数,采用蒙特卡罗方法模拟海底声信标的坐标位置,并在任务区域建立搜索能力函数,从而得到本次优化任务的优化目标;然后,根据UUV实际执行任务时的队形要求建立本次优化的约束条件,整合得到基于海底声信标搜索概率最大化的多UUV队形优化模型,并使多UUV按照此队形完成指定区域的声信标搜索工作;最后,采用遗传算法对优化模型进行参数优化,通过设定合理的目标函数以及改进传统的遗传算子使目标函数的值达到设定标准,随之取出相应的参数完成值的选择。  结果  将求解出的优化队形与传统优化队形进行对比发现,求解出的优化队形具有更高的发现海底信标的平均概率。  结论  该方法能够有效提升多UUV对海底声信标的搜索性能,并给出合理的队形优化方案。
多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制
吴文涛, 古楠, 彭周华, 刘陆, 王丹
2020, 15(1): 21-30. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01734
摘要:
  目的  针对含有模型高度不确定性和未知海洋环境扰动的无人船集群,研究多领航者导引的欠驱动无人船(USV)集群的分布式时变队形控制问题。  方法  首先,在运动学层级,基于包含策略和路径操纵原理,设计时变队形分布式制导律;然后,在动力学层级,针对USV航行中存在的模型不确定性以及未知海洋环境扰动,设计基于扩张状态观测器(ESO)的前向速度和艏摇角速度控制律,减小模型不确定性和未知海洋环境扰动带来的影响;最后,进行级联系统稳定性分析和控制器有效性的仿真验证。  结果  研究表明,无人船集群采用的分布式时变编队闭环控制系统输入状态稳定,仿真结果证明了控制方法的有效性。  结论  所提出的控制器可以使无人船集群形成预定的时变编队队形,并跟踪多领航者形成的凸包。
基于速度选择切换型视线法的无人帆船循迹航行
袁鹏, 徐泓燊, 张雪飞, 谭俊哲, 王树杰, 惠文海
2020, 15(1): 31-37. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01664
摘要:
  目的  风帆的力矩以及海浪作用会造成帆船相比其他形式的动力船舶更容易偏离期望轨迹,这便要求无人帆船的循迹航行算法具有较强的抗干扰能力。  方法  对实船进行等比例建模并通过VPP速度预测程序获得帆船在不同航向下的较大速度,提出一种无人帆船速度选择切换型视线法,在保证无人帆船依靠风力获取速度的同时,再利用切换型视线法使无人帆船的航向角收敛于期望航向角,从而使无人帆船可以快速不断地驶向期望航向点。  结果  Matlab对比仿真研究表明,速度选择型视线法具有偏航误差小、抗干扰能力强且收敛速度较快的优点。  结论  无人帆船在不同风向下的湖上试验验证了速度选择型视线法的可行性,结果具有一定的工程应用价值。
无动力运载器倾斜爬升式上浮特性分析
张海洋, 谷海涛, 林扬, 孙原, 高浩, 冯萌萌
2020, 15(1): 38-47. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01729
摘要:
  目的  为保证无动力运载器的上浮参数以及出水姿态满足要求,对无动力运载器倾斜爬升式上浮特性进行分析。  方法  基于STAR-CCM+的重叠网格技术、动态流体相互作用(DFBI)以及流体体积(VOF)波模型,采用CFD数值计算方法,对无动力运载器上浮过程进行动态仿真,研究无动力运载器自身比重、质心与浮心位置、舵角以及释放初速对其倾斜爬升式上浮参数以及出水姿态的影响。  结果  结果表明:当净浮力为运载器排水重量的0.15倍时,运载器纵倾角稳定在45°附近;当净浮力为运载器排水重量的0.10倍时,运载器在倾斜的过程中会经历一个回摆过程;并非净浮力越大,运载器上浮的垂直速度就越快,当净浮力为运载器排水重量的0.20倍时,上浮的垂直速度反而最小。  结论  研究结果可为无动力运载器的总体布局和控制设计以及其他领域应用无动力运载器的可行性分析提供一定参考。
基于NARX神经网络的船舶升沉运动实时预测方法
楼梦瑶, 王旭阳, 陈瑞, 葛彤
2020, 15(1): 48-55, 67. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01717
摘要:
  目的  对船舶升沉运动进行预测有助于增强升沉补偿器的补偿效果,减少海浪对作业设备的干扰。为提高升沉预测模型的精度和稳定性,提出一种船舶升沉运动实时预测方法。  方法  基于带外源输入的非线性自回归(NARX)神经网络建立单海况预测模型,利用船舶系统仿真器获取母船升沉运动仿真数据,将NARX模型与卡尔曼(Kalman)模型、普通反向传播(BP)模型的预测结果进行对比。在此基础上,对单海况预测模型进行改进,建立多海况预测模型。  结果  多海况预测模型预测精度较高,且稳定性优于单海况模型,在2~5级海况下的最大预测误差均小于10−4量级。  结论  仿真结果表明,NARX神经网络对复杂海浪环境具有良好的适应性,它的预测速度和精度均优于BP神经网络和传统滤波方法,在高海况下仍可保持高预测精度。
船舶动力装置智能故障诊断技术的应用与展望
蒋佳炜, 胡以怀, 方云虎, 李方玉
2020, 15(1): 56-67. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01679
摘要:
动力系统作为整个船舶最核心的系统,其安全性和可靠性将直接影响船舶的安全航行,而有效的故障监测与诊断技术是保障航行安全的重要手段。首先,通过分析国内外学者在智能算法与故障诊断方面的研究进展,将船舶动力装置的智能故障诊断分为数据信号获取、数据特征提取、故障识别与预测3个环节,并总结智能算法在船舶动力装置故障诊断中所面临的问题和挑战;然后,结合智能算法的特点,探讨船舶动力装置智能故障诊断技术的未来发展趋势;最后,提议从建立基于云平台的数据监测系统、建立数据库和挖掘监测数据等方面展开深入研究,用以为船舶动力装置智能诊断的工程实践应用奠定基础。
基于粗糙集和优化DAG-SVM的船舶主机故障诊断方法
刘国强, 林叶锦, 张志政, 庞水
2020, 15(1): 68-73. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01650
摘要:
  目的  船舶主机各子系统之间是复杂的非线性关系,对于监测点在短时间内采集的大量数据,传统的故障诊断方法难以高效地完成任务。以船舶主机的燃油系统为研究对象,提出一种基于粗糙集理论和优化有向无环图—支持向量机(DAG-SVM)的故障诊断方法。  方法  首先,将数据挖掘中的粗糙集理论引入传统的支持向量机(SVM)诊断模型,并通过差别矩阵对离散化数据进行降维,在每2种故障之间建立支持向量机分类器,从而构建DAG-SVM拓扑网络;然后,以类间的分类精度为依据,优化有向无环图中根节点和其他叶节点的位置,从而有效避免“误差累积”;最后,基于某超大型油轮模拟器,开展数值实验分析。  结果  实验结果表明,粗糙集与优化DAG-SVM相结合的故障诊断方法可以对船舶主机故障进行有效的诊断决策,其分类精度比传统的DAG-SVM方法提高了3.38%,而时间消耗也降低了2.42 s。  结论  该诊断方法对船舶主机的故障诊断研究具有一定的参考价值,也可为SVM在其他小样本分类中的应用提供数据支撑。
基于晶闸管的自动调压变压器故障诊断技术
范磊, 李维波, 徐聪, 李巍, 李齐
2020, 15(1): 74-81, 106. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01532
摘要:
  目的  船用设备的供电电压经常发生波动,现有的稳压方案经济效益和可靠性低,亟待研发适用于恶劣工作环境的自动配电设备。  方法  设计基于双向晶闸管与调压变压器的三相串联调压装置,通过控制双向晶闸管组件的投切方式,即可调节电压的幅值及方向。针对该调压装置的3种故障模态,分析其故障诊断方法和处理方案,并开展仿真验证实验。  结果  结果表明:该设计可以仅参考输入电压进行双向晶闸管组件投切,从而实现输出电压的调节、稳定功能。当晶闸管组件的H桥发生断路故障时,仅对装置的调压效果产生影响;当变压器高压侧的短路晶闸管发生断路故障时,将可能在变压器高压侧感应出大电压或在低压侧产生冲击大电流,进而对装置造成损害;当晶闸管组件发生短路故障时,若等效为变压器不补偿工作,对装置没有影响;而若等效为变压器短路运行,将可能在整个回路中产生冲击大电流,进而危害装置和用电设备。  结论  该设计方案将调压变压器直接串入供电回路之中,故其调压反馈效果较为显著;采用性价比更高的双向晶闸管作为交流开关,并采用所提出的故障诊断技术,可有效提升调压变压器的可靠性和使用寿命。
基于改进旋转门算法的船舶综合电力数据压缩技术分析
商承亚, 鲍先强, 付立军, 朱琬璐, 徐兴华
2020, 15(1): 82-88. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01742
摘要:
  目的  为了积累船舶综合电力大数据资源,特别是在船舶计算资源相对受限的情形下实现对大规模历史数据的有效压缩,提出改进旋转门数据压缩算法。  方法  首先,针对船舶综合电力系统(IPS)实时数据特性,引入数据压缩精度指标,利用期望误差与实际解压缩误差之间的偏差进行负反馈;其次,对压缩偏差∆E进行动态调整,降低压缩偏差∆E的设置难度;最后,对不同特性的数据序列进行测试。  结果  结果表明,提出的算法能够满足典型船舶综合电力业务中的数据压缩精度,并能在保证精度的前提下维持较高的压缩比,算法实测中压缩率可达初始数据的1/10~1/5。  结论  所提数据压缩算法具备较好的压缩精度和压缩比,能有效提升船舶综合电力历史数据的存储效率。
总体与性能
舰船综合保障体系综述
孙光甦, 原宗, 关静
2020, 15(1): 89-94. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01585
摘要:
传统的舰船保障系统和保障模式已不能适应当前新型舰船发展的需求,必须通过深入开展舰船装备综合保障工作,解决装备保障资源研制与主装备研制脱节的问题,促进新型舰船交付后保障能力的同步形成。在分析舰船装备全寿期保障需求的基础上,结合工程实际,提出舰船综合保障的技术体系和工作体系。系统阐述保障特性设计、保障系统设计和使用维修保障等3方面的技术内容,论述用户、总体、系统和设备单位在舰船设计、建造、服役3个阶段中需开展的综合保障工作。为舰船综合保障工作向着综合化、系统化、智能化方向发展,有力促进舰船战斗力的高效保持提供技术支撑。
FPSO水动力特性的完全非线性数值模拟
孙雷, 陆婷婷, 邓潇潇, 刘昌凤
2020, 15(1): 95-106. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01726
摘要:
  目的  为提高海洋结构物的安全性能,针对波浪与结构物相互作用的问题开展完全非线性数值模拟研究。  方法  基于三维完全非线性时域势流理论及高阶边界元法(HOBEM),建立波浪与结构物相互作用的开敞水域模型。采用速度势分离技术将整个问题分解为入射部分和散射部分,入射势由理论解给定。采用混合欧拉—拉格朗日(MEL)方法追踪瞬时自由水面的流体质点,并采用四阶龙格—库塔法对瞬时自由水面进行更新。引进虚拟函数计算波浪载荷,而非直接求解速度势的时间导数。在自由水面的外侧设置人工阻尼层,防止波浪从远场边界反射。自由水面网格仅在初始时刻生成一次,并采用弹簧近似法在不改变网格节点顺序的情况下对瞬时水面进行网格重构,以避免数值不稳定。  结果  在验证所提出数值模型有效性和精确性的基础上,针对某浮式生产储卸油轮(FPSO)模型的水动力特性进行数值模拟,发现考虑非线性影响时FPSO的运动响应在共振区段明显增大,证明了传统线性方法的预报结果趋于危险。  结论  研究成果既可为海洋浮式结构物的设计提供更可靠的预报工具,也可为其实际应用提供理论依据。
海洋环境条件下浮动堆安全壳设计
谭美, 李鹏凡, 郭健, 张进才, 陈艳霞
2020, 15(1): 107-112, 144. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01689
摘要:
  目的  浮动堆经过在军用舰船上几十年的发展和运行经验积累,反应堆的安全性得到了很大提高,在民用领域的推广应用逐渐被认可,目前亟需解决反应堆装船的适配性问题。安全壳是浮动堆与船体结合的接口,是反应堆装船的船体舱室,其设计不仅要适应船舶的海洋环境条件,还要满足反应堆运行的核安全要求。  方法  首先,从浮动堆安全壳的适应性要求出发,分析安全壳压力与船舶主尺度和重量之间的主要矛盾关系,提出一种浮动堆安全壳分析设计流程。然后,参考陆上核电站和核动力舰船安全壳的特点,以及国外核动力船舶和民用核设施设计规范要求,从安全壳构型与压力控制维度的角度出发,提出一种方形双层抑压安全壳方案。  结果  对安全壳压力特性以及结构强度的分析显示,在设计基准事故工况下,安全壳结构安全,重量和空间指标可控,安全壳的船堆适配性较好。  结论  参考工程经验表明,基于该方案的浮动堆总体指标较好,可为工程人员设计提供参考。
碟旋体高速小角度入水稳定性仿真分析
张晓乐, 彭松江, 潘菲菲, 杨兴林
2020, 15(1): 113-118. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01654
摘要:
  目的  针对高速航行体小角度入水稳定性问题,提出碟形回转体(碟旋体)高速斜切入水的技术方案,研究航行体高速入水的弹道特性。  方法  利用刚性Lagrange结构网格和Euler流场网格(L/E)耦合的方法,建立碟旋体和尖头回转体小角度入水的仿真模型。通过对比所用算法得到的位移与文献试验测得的结果,验证算法的准确性。对比分析两种航行体在以7°斜角高速(405 m/s)入水后的质心弹道轨迹及计算结果,并模拟碟旋体在不同角度入水时的初始弹道,分析其对碟旋体入水弹道稳定性的影响。  结果  分析结果表明,在以7°斜角高速入水后,尖头回转体发生了跳弹现象,而碟旋体能保持较好的斜射姿态,未发生跳弹现象,这说明碟旋体在小角度入水时水下弹道稳定性很高;在不同入水角度下,碟旋体的弹道侧向偏斜较小,入水弹道均稳定。  结论  研究结果可为水面舰船向水下目标精确、稳定和高速投放有效载荷提供新的思路。
波浪动力船水翼的推进性能分析
邓超, 常宗瑜, 冯展霞, 张嘉坤
2020, 15(1): 119-126. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01672
摘要:
  目的  为研究水翼的水动力性能对波浪动力船推进性能的影响,对波浪动力船做垂荡及纵摇运动时引起的水翼绕船体中心转动,以及绕其自身转动中心的被动转动进行模拟。  方法  将波浪动力船的多体动力学方程编写到流体分析软件中进行计算分析。通过软件获取推进力及转矩来求解多体动力学方程,分析静水下波浪动力船在不同波浪振幅与周期、不同扭簧恢复刚度下的推力大小。  结果  结果表明:随着振幅的增加,前、后水翼上的推力均逐渐增大;随着周期的减小,水翼上的推力逐渐增大;随着扭簧恢复刚度的增大,水翼上的推力先增大后减小;随着前水翼尾迹的变化,后水翼推力逐渐小于前水翼上的推力。  结论  研究成果可为波浪动力船的研究设计提供参考。
FPSO与穿梭油轮的旁靠时域分析及系统优化
施兴华, 于泽群, 章柯, 刘勤
2020, 15(1): 127-135. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01400
摘要:
  目的  针对FPSO在中国南海海域的作业海况,对多点系泊系统和FPSO与穿梭油轮的旁靠耦合系统进行时域分析及优化研究。  方法   运用AQWA及势流理论进行时域分析,优化系泊缆分段及其比例、导缆孔位置,并使用Fluent数值求解方法,分析两船旁靠时吃水变化对风浪流载荷的影响。  结果  结果表明:顶段为200 m钢缆、底段为316 m船链最适合200 m水深的FPSO多点系泊结构;旁靠缆张紧或者旁靠缆增重可以降低穿梭油轮的运动幅度,将导缆孔位置向船舯移动后,护舷和系泊缆的受力更加均匀;当旁靠缆重量为135 kg/m时,护舷和旁靠缆受力极值和平均值达到最小。  结论  所得结果可加深系泊参数对系泊缆张力及船舶运动影响的理解,并对优化系泊方案设计具有一定的参考价值。
多液舱晃荡与养殖工船时域耦合运动的数值模拟
肖凯隆, 陈作钢
2020, 15(1): 136-144. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01709
摘要:
  目的  为研究多液舱养殖工船在横向波浪激励下,其液舱晃荡与船体运动的时域耦合问题,对其进行数值模拟。  方法  采用脉冲响应函数法预报船体运动,基于CFD理论模拟计算液舱晃荡问题,并讨论壁面剪切力对液舱晃荡的影响。为验证数值方法的可靠性,进行载液工船模型横摇自由衰减试验,并将试验结果与数值结果进行对比。同时,在此基础上,提出多液舱模型的二维简化方法。  结果  计算结果表明:在横向波浪激励下,波浪频率为0.5 rad/s时,液舱晃荡使养殖工船横摇幅值响应算子峰值增大了43%。液舱晃荡可能会给载液船舶的安全性带来风险,应该在设计阶段充分考虑。  结论  研究成果可为多液舱船的优化设计提供参考。
结构与装置
船体(平台)渤海冰区作业安全性分析
董斌, 钱源, 李元泰, 丁剑锋, 李辉
2020, 15(1): 145-151, 169. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01553
摘要:
  目的  冬季,海洋核动力平台在渤海区域作业时,因出现的浮冰会对其造成威胁,所以基于安全的考虑,需要对浮冰与平台的碰撞过程进行分析。  方法  首先,利用有限元数值仿真方法模拟渤海浮冰与海洋核动力平台的碰撞过程,并将数值模拟过程的阻力—位移曲线与冰锥受压实验数据进行对比,验证该数值模拟方法的可行性;然后,基于渤海冰情建立典型浮冰模型,通过浮冰与平台的撞击过程分析结构响应;最后,采取分别固定冰厚和固定冰速改变浮冰尺寸的方式,分析该平台对于浮冰的承载能力。  结果  结果显示,在碰撞过程中,骨材强度对该平台的承载能力影响较大,碰撞力会随着浮冰的持续挤压而不断增大,直至浮冰反弹;随着浮冰移动速度和冰厚的增加,该平台所能承受碰撞的浮冰尺寸也会相应降低。  结论  研究表明,平台与浮冰碰撞部位骨材的强度直接影响其自身的承载能力,分析发现浮冰移动速度比浮冰厚度对平台承载能力的影响更大。
核电平台连接机构设计与运动响应分析
李想, 李红霞, 黄一
2020, 15(1): 152-161. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01786
摘要:
  目的  为满足深海冰区海洋核反应堆安全工作的要求,设计冰区核电平台与弹簧阻尼连接机构。  方法  利用三维势流理论及刚体动力学理论建立平台与连接机构的仿真模型。计算平台所受弹簧阻尼力,研究连接机构刚度、阻尼系数特性,选择最佳方案。应用离散元法进行冰载荷数值模拟,通过计算试验椎体所受冰载荷,验证该方法的准确性。研究浪、风、流或海冰、风、流环境载荷联合作用下平台的运动响应。  结果  结果显示,平台系泊于深海冰区可远离海啸的影响,环境承载平台能较好抵抗冰载荷;在连接机构与系泊系统的作用下,核堆支撑平台可抵御福岛核泄漏事故最大海啸波高与17级超强台风的联合作用;在北海万年一遇风暴作用下,核堆支撑平台的水平位移与水深之比、垂荡与纵摇响应及垂向加速度均小于海上浮动核电平台(OFNP)。  结论  核电平台与连接机构的设计可保证应用于深海冰区的核堆的安全稳定。
不同截面形状下弹性支撑多跨梁振动特性分析
鲍四元, 周静
2020, 15(1): 162-169. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01569
摘要:
  目的  为克服边界及弹性横向支撑对连续多跨梁振动特性研究的束缚,基于欧拉梁理论,建立一种多跨梁自由振动的分析模型。  方法  首先,构造新型改进傅里叶级数形式,用以表示多跨梁在整段上的横向位移函数;其次,将位移函数的级数表达式代入拉格朗日函数中,结合瑞利—里兹法,将自由振动问题变为标准矩阵特征值形式,以求解带有弹性支撑的多跨梁固有频率。  结果  通过在算例部分改变弹性支撑处的横向弹簧刚度值,即可获得中间含任意弹性支撑多跨梁的振动特性,所得结果与已有文献结果的比较充分验证了所提方法可行且正确。  结论  基于改进傅里叶级数法(IFSM),多跨梁振动特性的数值模拟可为多跨梁动态性能提供有效的前期预测手段。
船舶舵机基座轻量化设计
佘小林, 杨德庆
2020, 15(1): 170-176. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01661
摘要:
  目的  研究将结构优化设计方法运用于船舶基座轻量化设计的流程及其效果。  方法  选用船舶常用舵机基座为研究对象,利用结构优化软件Hyperworks建立模型并进行优化设计。分析板厚对应力的灵敏度,通过将整体式基座改为柱状式基座并辅以尺寸优化以及拓扑优化手段,获取更为合理的基座形状、板厚分布以及减轻孔位置,从而最终获得最大的轻量化效果。  结果  结果表明:将整体式基座改为柱状式基座,能使该型基座减重12.61%;进一步进行尺寸优化后,该型基座取得了36.6%的减重效果;进行更进一步的拓扑优化后,该型基座更是取得了减重37.7%的显著效果。  结论  所提的轻量化设计流程和方法能为船舶辅助装置实际工程中的轻量化设计提供参考和思路。