双层底船体典型节点高周疲劳性能评估方法

文中选取某大型散货船的双层底过渡区节点作为研究对象,提出了基于肘板区域应力分布简化计算模型的疲劳评估方法,对不同肘板类型热点区域的应力分布进行理论推导,设计缩比模型试验,综合试验和有限元分析验证了简化计算模型的有效性.采用D曲线对节点模型进行疲劳评估,对比高周疲劳试验结果,证明了该模型用于船体双层底节点疲劳评估的有效性.

艇后大侧斜螺旋桨非定常空化及噪声性能研究

结合数值和试验方法,对艇后七叶大侧斜螺旋桨进行空化性能及空化噪声分析.采用雷诺平均(RANS)方法和Ffows Williams-Hawkings声学类比方程混合的计算方法,结合SST k-ω湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,研究了艇后七叶螺旋桨的非定常空化脉动压力、推力系数、速度分布及空化形态演变过程,并将数值结果与试验结果进行比较验证.基于艇后螺旋桨空化噪声的数值仿真,分析不同空化数下各阶压力脉动幅值、噪声功率谱、频率普.结果表明:随着空化数的减小,脉动压力波动峰值减小,桨叶无明显空化时,噪声高幅值主要集中在低频段,空化发生时,高频段噪声的声压级会明显增大,声功率级增大60 dB,而低频段的噪声随着空化的发展而增加,空化完全发展时,所有频段噪声一起增大到更高水平.

波浪中的螺旋桨水动力性能数值分析

传统的螺旋桨水动力性能研究主要针对静水条件,但船后工作的螺旋桨经常会受到波浪的影响.从文献情况来看,目前与波浪中螺旋桨水动力性能相关的研究工作相对较少.有鉴于此,采用基于OpenFOAM的雷诺平均NS(RANS)求解器,计算、分析波浪对螺旋桨推力及转矩的影响.研究结果表明:在波浪的作用下,螺旋桨推力及转矩的时间历程曲线发生振荡,且随着浸深与进速系数减小,水面扰动变大,时历曲线的振荡幅度增大;与静水条件相比,在浸深与进速系数相同的情况下,波浪中螺旋桨推力及转矩的平均值减小;计算结果与现有的试验数据吻合良好.

浸没式喷水推进船模快速性试验研究与推进性能分析

本文针对一型浸没式喷水推进船模和一型螺旋桨对标母型船模,开展推进器敞水试验、船体阻力试验与自航试验研究,系统分析两种推进方式对应的推进器本体、“船体-推进器”系统推进性能的差异与变化特性。研究结果表明:(1)浸没式喷水推进器模型尺度下的敞水效率与螺旋桨相当,最高效率达到0.72,且高效工况区范围更宽;(2)相较螺旋桨推进船,浸没式喷水推进船的艉部附体少、布置简洁,显著减小了附体引起的船体阻力增加;(3)浸没式喷水推进船模在Fr=0.20与Fr=0.26二种典型工况自航条件下的推进效率分别为64.7%和66.1%,分别高出螺旋桨推进对标船模1.2和5.3个百分点,对应于浸没式喷水推进器的主机功率较螺旋桨分别下降9.41%和15.4%,浸没式喷水推进船具有更好的快速性与节能效果。该研究可为高效低噪的高速排水型船舶新型泵类推进器研制及“船体-推进器”一体化优化设计提供有益的技术参考。

火灾下玻璃纤维复合材料夹芯板防火隔热性能研究

以玻璃纤维复合材料(GFRP)夹芯板为研究对象,在考虑热工参数、边界条件等多种条件影响下,运用ABAQUS模拟出标准火灾升温曲线作用下GFRP夹芯板沿厚度方向的温度场仿真模型,并与试验进行对比.通过改变复合材料夹芯板厚度、增加防火板保护和采用悬挂式防火结构等方式,模拟出不同复合材料夹芯板防火结构的温度场结果.改变防火板厚度和隔空距离进行参数优化,得到等效达到船舶防火规范FTP11隔热性要求的防火结构;并降低复合材料夹芯板内部温度,提供多个温度场结果.

周期性舰船夹芯板弯曲波带隙与减振降噪研究

[目的]旨在研究轻质夹芯板弹性波的传播规律与减振降噪机理。[方法]采用有限元方法结合布洛赫定理,对周期性夹芯板色散关系与弯曲波带隙特性进行研究,分析振动传输特性和声传输特性,研究轻质夹芯板减振降噪特性,并对轻质夹芯板振动传递衰减特性进行实验验证。[结果]研究结果表明,由于布拉格(Bragg)散射调制作用,轻质夹芯板在特定频段存在弯曲波带隙,弯曲振动带隙频率范围内具有良好的减振降噪效果。[结论]轻质夹芯板结构参数对弯曲波带隙具有显著的调节作用,为舰船结构振动噪声控制与声隐身设计提供了新的技术途径。

大尺度板架轴向压载荷实验加载系统仿真研究

为寻求轴向均布压载荷单独作用与表面载荷联合作用下大尺度板架轴向压载荷实验的最佳加载系统,以及研究加载系统与板架结构的相互作用关系,模拟搭接与焊接的2种板架与工装连接形式、单/双2种作动器数量和6种作动器基座尺寸,建立计算模型,并与理想轴向均布压载荷模型在结构响应、失效模式以及板架与工装的相互作用方面进行比较分析,揭示了大尺度板架模型结构响应随作动器基座尺寸的变化规律,发现针对所研究的板架结构,采用双动器400mm×400mm基座尺寸的搭接连接形式与理想状态的结构响应最为接近,各工况下失效模式一致,应力响应差异在–4.11%~–2.69%之间,x轴位移响应差异在1.32%~1.64%,z轴位移响应差异在2.49%~25.18%,极限承载力差异在–2.17%~0.69%。

基于轻量化快速卷积与双向加权特征融合网络的船舶裂纹检测

[目的]针对人工目视与超声波方法的船舶裂纹检测存在效率低下、成本高昂和危险性高的特点,提出一种基于深度学习的船舶裂纹检测方法。[方法]首先,在原模型YOLOv5s的主干网络中使用轻量化卷积结构(GSConv)替代标准卷积并融入注意力机制,在降低主干网络参数量与计算量的同时,提升主干网络对裂纹特征的提取能力;然后,在网络的颈部使用基于PConv构建的C3_Faster替代原C3模块,提升模型的图像处理速度,增强模型快速性;最后,设计一种简化的双向加权特征融合网络(BiFFN)以改进原模型YOLOv5s中的特征聚合网络,提升裂纹的语义信息与位置信息的融合效果,以及模型对裂纹的识别准确度与定位精度。[结果]通过对船舶裂纹原始数据与增强数据的学习,所提改进模型实现了94.11%的检测精度和93.50%的召回率,模型的计算量降低了17.93%,参数量降低了15.81%。[结论]研究表明,基于轻量化快速卷积与双向加权特征融合网络(MLF-YOLO)的船舶裂纹检测方法,实现了模型轻量化与较高的检测精度和召回率,结果可为开发自主无人机船舶检测提供参考。

基于VOF方法的规则波下破舱进水数值模拟

文中以某理想客滚船舱段模型为研究对象,基于VOF方法建立两相流体积模型,采用重叠网格和交界面网格技术,分析规则波下不同破口形状舱室模型破舱进水下的运动响应.结果表明:不同破口形状对破舱进水过程的影响主要表现为横摇时域的高频成分,且不同破口形状导致的流量不同.

低速冲击下碳纤维面板泡沫夹芯复合材料的损伤分析

主要研究了夹层复合材料受外来载荷作用下的凹痕、横向位移、接触力随时间的变化规律.采用高阶剪切变形理论给出夹层板的广义内力表达式,再由薄板小挠度理论、Hertz接触理论、夹层板平衡方程、Navier法推导出夹层板在外来载荷作用下的动态响应过程.其中,夹层板的接触力和横向位移由两自由度弹簧-质量模型给出.将推导的结果与文献中的理论结果对比,本文计算的误差均不超过6%.并在此基础上比较了不同冲击条件下夹层板的抗冲击性能.

基于海事规则和船舶操纵性的运动规划方法研究

文中提出了一种基于海事规则和船舶操纵性的运动规划方法.根据海事规则的要求,限制船舶转艏可行域.根据船舶推进器布局分析船舶操纵性能,并通过人工势场求取船舶转艏方向,采用计算势能的方式取代传统方法中计算合力的方式,计算船舶所需推力和转矩.将所求推力和转矩作用于船舶,得到一条包含速度和艏向信息的船舶运动轨迹.将并提出的方法与传统人工势场法进行仿真对比.结果表明:所提出的运动规划方法所规划的轨迹能够满足海事规则的要求,与传统人工势场法所规划的轨迹相比更加平滑,且满足船舶操纵性的要求,控制效果更好.

基于疲劳强度的双层底船体典型节点优化设计

结构疲劳破坏是造成船舶与海洋结构物的主要破坏模式之一,对于双层底船体某些结构形式,其疲劳强度问题尤为突出。选取某大型散货船为研究对象,依据整船有限计算结果以及大量文献调查,确定疲劳损伤部位,对船体双层底过渡区典型节点及优化后节点分别设计和开展缩比模型试验,综合试验与有限元计算结果验证了疲劳试验以及优化方式的可靠性,并采用D曲线与CCS《船体结构疲劳强度指南》对节点模型进行疲劳强度评估,结合疲劳试验结果进一步说明,该优化方案对双层底船体类似节点的结构设计具有一定借鉴意义。

约束空间爆炸冲击波高精度数值计算及实验验证

当爆炸发生在约束空间中时,冲击波的传播和演化特性将更加复杂,其对内部结构产生的毁伤破坏效应也更加严重。为了准确评估约束空间内的爆炸载荷,本文提出了改进的五阶WENO有限差分格式,并采用经典算例对其计算精度进行了验证,编写了三维约束空间内柱形TNT爆炸冲击波计算的数值程序。开展了约束空间内柱形TNT爆炸实验,采用本文程序对实验过程进行了数值计算,通过与实验数据的对比验证了数值计算程序的可靠性,在此基础上开展了约束空间爆炸载荷的影响因素研究。结果表明本文程序可快速准确地计算出约束空间内的爆炸载荷,为结构抗爆设计提供可靠的载荷输入。

船用蜂窝金属夹芯板重复冲击实验研究

蜂窝金属夹芯结构具有高比强度、高比刚度和高能量吸收性能,在船舶与海洋工程结构轻量化与碰撞冲击防护领域具有广泛的潜在应用价值。本文采用INSTRON CEAST 9350落锤冲击试验机进行了船用蜂窝金属夹芯板重复冲击实验,得到了蜂窝金属夹芯板结构塑性变形累积过程以及重复冲击载荷-位移曲线。研究结果表明:在重复冲击载荷作用下,蜂窝金属夹芯板结构上下面板弯曲变形逐渐增大,蜂窝芯层薄壁结构逐渐达到密实化;上面板主要表现为局部凹陷与整体弯曲的耦合变形模态,下面板变形模态经历了从整体弯曲到整体弯曲与局部凹陷耦合模式的转变过程;重复冲击能量及上下面板厚度分配对蜂窝金属夹芯板结构重复冲击动态变形累积及能量吸收性能具有显著影响。

船用复合材料螺旋桨水动力性能影响因素研究

采用流固耦合算法,就材料特性、纤维方向、桨叶侧斜和负荷大小对复合材料螺旋桨水动力性能的影响展开数值计算研究。研究结果表明,当材料的平面剪切模量较低、或桨叶侧斜角度较大、或桨叶负荷较大(低进速系数或者高转速)时,桨叶的扭转变形量及水动力变化较大。纤维方向显著影响复合材料螺旋桨的流固耦合性能。直接改变桨叶材料、纤维方向或侧斜角度时,复合材料螺旋桨在大部分工况下的敞水效率均低于具有同样几何形状的金属螺旋桨,其水弹性效率的提升有赖于更完备的设计方法。

船舶甲板结构稳定性实验与数值仿真研究

为了研究具有大开口甲板板架结构的稳定性问题,本文设计了含大开口的甲板板架模型,开展了其轴向受压稳定性实验,并采用非线性有限元软件ABAQUS对该模型的屈曲破坏过程进行了数值仿真计算,试验结果与数值仿真结果吻合较好.在此基础上,分析了导致结构屈曲失效的主要因素,为船舶甲板结构稳定性设计提供了参考依据.

多开口甲板板架结构极限承载力实验研究

[目的]为了研究多开口结构形式对甲板板架结构极限承载能力的影响,[方法]以2种不同开口形式的双层板架模型为研究对象,对其在轴向压缩载荷作用下的极限承载能力进行实验研究,对比分析双开口甲板结构和舷侧开口板架结构的失稳破坏模式及极限承载能力,得到多开口甲板板架结构在逐步崩溃过程中甲板各处应力的变化规律。[结果]实验结果表明:开口角隅处应力集中现象明显,随着轴向压缩载荷逐渐增大,开口中部甲板应力急剧上升,多开口结构最终均在最大开口的中部发生失稳破坏;甲板开口尺寸对结构初始轴向刚度的影响显著,舷侧开口结构则在弹塑性变形阶段对极限承载力的影响占主导地位。[结论]所提实验研究方法及结果可为此类甲板结构的设计提供参考。

阻流板对规则波中船舶阻力及运动特性影响研究

[目的]旨在分析阻流板对规则波中船舶阻力及运动特性的影响。[方法]以一条半排水型方尾船为研究对象,基于RANS方法并结合重叠网格技术进行阻流板安装前后船舶在规则波中的阻力与运动特性数值仿真,总结船舶阻力、姿态与运动响应随波长与航速的变化规律。[结果]结果表明:阻流板在规则波中的减阻率比静水减阻率大1.03%~2.43%;阻流板对垂荡和纵摇传递函数的影响随着波长的增大而变大,λ=2L_(PP)工况下的垂荡传递函数T_(F3)和纵摇传递函数T_(F5)平均降低了3.5%和1.4%;当船舶出现甲板上浪时,阻流板可使T_(F3)和T_(F5)的降低率分别达到9%和3%。[结论]研究方法与研究成果可为船舶节能装置设计与性能预报提供技术参考。

纵向循环载荷下船体板极限强度实验及其数值分析(英文)

分析船体板在循环面内载荷下的极限强度特性,是开展船体梁循环弯曲下极限强度研究的基础工作,对于保障船舶的总纵强度安全具有重要意义。文中采用7个系列方柱模型模拟船体板构件,对其在轴向循环压缩下的极限强度进行了实验研究,并运用非线性有限元方法对实验模型进行了数值分析。研究表明,船体板一次性崩溃压缩极限强度是循环压缩载荷下船体板极限强度的最大值,基于一次性崩溃方法的船体梁极限强度的评估实际上可能偏于危险。该文所获结论对理解及进一步探讨船体梁在实际海洋环境的循环弯曲载荷下的极限强度有重要意义。

北极冰下水平变化双声道波导声传播特性

针对北极部分海域中的双声道波导现象,研究了冰层覆盖下水平变化双声道波导中的声传播。使用微扰法推导并确定了粗糙下表面的冰层反射系数,结合Bellhop射线模型,计算并分析了实测海域中双声道波导水平变化时的声传播特性,并研究了声源深度、声源入射角以及声源频率对水平变化的双声道波导中声传播的影响规律。结果表明,在北极,深海声道中的声传播大多被限制在深海声道的上、下边缘之间;声源与水平变化的深海声道轴处于同一深度时声传播损失较小,当声源位于深海声道边界以外时,水平变化的声速剖面相比于水平不变时具有更低的声传播损失;入射角对双声道波导中声传播影响较小;随着声源频率的增加,表面声道中声传播损失也随之增大,但是对深海声道影响不明显,在相同频率下水平变化的声速剖面更利于声传播。