面向冰区船舶航线的混合规划算法

针对自然环境恶劣且复杂的北极海域,本文旨在解决冰区船舶的航线规划问题。基于栅格法建立了冰区船舶的作业空间,采用改进蚁群算法规划出全局航线,将预处理后航线的各节点作为待规划的子目标,使用改进滚动窗口算法求解出最终航线。仿真结果表明:改进蚁群算法能以更快的迭代速度规划出静态环境中的全局航线,节点删除算法可剔除冗余节点,降低后续算法的计算复杂度,改进滚动窗口算法能在全局航线的基础上,有效规避环境中的动态障碍物,求解出混合环境中符合冰区船舶运动性能的最终航线。

冰三点弯曲试验的近场动力学数值模拟

为了研究近场动力学对冰受力变形至破坏过程数值模拟的可行性,本文依据近场动力学理论并引入自适应动态松弛法,给出了近场动力学求解动态问题和准静态问题的数值算法,建立了冰材料的近场动力学弹脆性本构模型,对三点弯曲试验进行了数值模拟。研究结果表明:近场动力学方法在破坏问题模拟上具有优势,并且对准静态问题的求解具有非常好的准确性;将三点弯曲试验过程的数值模拟结果与试验结果进行对比发现,变形过程相对误差小于5%,裂纹产生位置、试样折断结果与试验结果一致,说明近场动力学适用于冰材料受力变形至破坏过程的计算分析。

极地船舶与浮体结构物力学问题研究综述

北极航道的开发和极地资源的勘采为船舶与海洋工程装备设计制造提供了良好的发展契机,但极地极端载荷环境所引起的复杂力学问题也相应地提出了巨大的挑战。为此,本文首先梳理极地航行船舶与浮体结构物涉及的基础力学问题,回顾并讨论国内外在相关力学问题方面的研究进展和技术难点,对于极区波浪传播的理论模型,分析了质量荷载模型,弹性薄板模型,粘性层模型和粘-弹性模型的优缺点和适用性;对于海冰力学行为的数值方法,阐述了有限元法(FEM)和离散元法(DEM)的数值模拟进展;对比了冰区船舶的自由航行和约束船模实验等。本文为航行船舶与浮体结构物的研发提供了一定的参考。

基于模糊AHP-DEMATEL的北极冰区船舶冰困风险评价

针对风险因素识别过程中面临的不确定性和相关性问题,本文提出一种基于决策与实验室评估的模糊层次分析方法来确定风险因素重要度。考虑到风险评估中面临的模糊性和随机性问题,采用基于云模型的模糊综合评价法量化船舶冰困风险。研究结果表明:人为失误和船舶故障是导致船舶发生冰困的主要因素,海冰厚度和海冰密集度等环境因素是事故发生的重要条件;通航期北极冰区船舶冰困风险等级为中等,风险可接受。

双体船结构水下中低频辐射噪声特性研究

论文较为详细地研究了双体船结构水下中低频辐射噪声特性。基于声固耦合法,建立了双体船水下中低频声辐射数值预报模型,分析了单侧片体激励、双侧片体激励等典型激励下的双体船结构水下中低频辐射声场分布,讨论了双体船水下辐射噪声的计算方法。研究表明,双体船水下声辐射与单体船相比存在一定差异,片体结构会对双体船结构水下声辐射产生影响,使其辐射声场发生改变,特别是对其近场声辐射而言,当片体间距与声波波长满足一定关系时,片体之间区域会产生驻波效应,从而使双体船水下声辐射分布发生改变;而当片体间区域不产生驻波效应时,双体船水下辐射噪声大致满足线性叠加原理。

近场动力学在冰区船舶与海洋结构物中的应用进展与展望

近场动力学作为一种非局部理论,能够通过键的失效来自发模拟材料的失效、破坏,其在海洋工程领域已取得初步的研究成果,尤其是在冰区船舶与海洋工程领域,更显出了该方法的优越性。为了更好地了解近场动力学在冰区船舶和海洋工程中的应用,对近场动力学在冰区船舶与海洋工程应用中的问题进行梳理,主要包括冰材料本构模型、冰−结构作用模型、冰−水耦合方法、结构物力学模型、水下爆炸破冰应用及结构表面覆冰除冰的应用等。同时,在全面回顾已有研究成果的基础上,分析其特点和面临的挑战,探讨相应的解决思路和未来的研究方向。

新工科视域下船舶与海洋工程专业建设探析

为适应国家经济新常态的发展趋势,积极应对新一轮的产业变革与科技革命,加速将高等教育从外延发展转换为内涵发展,面向船舶与海洋工程专业,以新工科建设为契机,以工程教育专业认证为导向,阐述新工科建设的内涵和时代需求,分析船舶与海洋工程专业建设现状,提出新工科视域下船舶与海洋工程专业改革措施,旨在探索与实践传统工科专业在新工科背景下建设的新思路与新路径,进一步创新建立工科专业教育培养机制,为船舶与海洋工程类传统工科专业在新工科背景下的转型发展提供借鉴。

冰区航行船舶冰阻力研究方法综述

船舶在冰区航行时的冰阻力性能一直是国内外关注和研究的重点。冰阻力的研究主要集中在经验方法、数值模拟和实验研究三个方面。同时,由于冰区船舶在航行过程中频繁地与冰层或浮冰产生碰撞,海冰的材料结构和力学性质对冰阻力的研究有重要影响。文章从冰的物理力学特性出发,简要回顾几种重要的冰本构关系模型及其适用性;并从经验方法及试验与数值模拟相结合两个角度,回顾和讨论浮冰区和平整冰区中船舶的冰阻力性能研究进展;最后,基于研究现状提出尚需进一步解决的问题。文章旨在介绍冰区船舶冰阻力性能的研究进展,望能为后续冰阻力研究提供参考。

基于Agent的舰船人员疏散模型研究

Agent理论为舰船人员疏散模型研究提供了一个合适的方法。采用几何-拓扑相结合的方法对船舶物理空间建模,引入短期目标的最短路径规划法实现障碍物的有效规避,以及人员的避让。基于Agent理论,考虑人员性别、年龄等多种个体属性,以及船舶摇摆运动的特殊疏散环境对疏散产生的影响,通过舰船人员疏散微观仿真模型的建立,重点研究疏散过程中人的决策机理,再现和解释真实的疏散情形,为舰船人员疏散设计和人群管理提供参考。

气泡辅助航行系统降低船模-碎冰相互碰撞的试验研究

通过模型试验探究气泡辅助系统降低船舶与碎冰相互碰撞的机理,依托“雪龙2”号船模设计了气泡辅助航行系统,在哈尔滨工程大学室外冰水池内进行了非冻结模型冰碎冰航道的船模拖航试验。通过机理试验,探究气泡辅助航行系统使用前后船模与浮冰相互作用模式的差异,同时根据船艏、船舯的浮冰清除效果,分析该系统对这两部分浮冰碰撞作用的减轻程度;随后改变试验参数,探究航速、喷气量以及浮冰密集度对该系统工作效果的影响,进一步探究该气泡辅助系统的工作机理。

一维无源对流扩散方程的近场动力学计算格式

为了深入研究对流扩散问题,本文针对一维无源对流扩散方程给出了利用近场动力学理论求解方程的一般计算格式。推导出了对流项的收敛时间步长计算公式,并采用迎风格式对一维无源对流方程进行验证,证明了近场动力学可以用于求解对流项,随后引入无量纲数Pe,对对流扩散中的占优情况进行判断,最终得到同时满足对流项和扩散项收敛要求的时间步长。结果表明:利用近场动力学理论求解无源对流方程时,当安全系数ζ与近场范围系数m满足1/ζ=2m,误差可达到最小;无量纲数Pe可用于判断对流扩散中的占优情况,且经过理论值和计算值的比对,证实了近场动力学理论求解一维无源对流扩散方程的可行性及数值准确性。

计及流体影响的船舶回转冰阻力数值模拟

[目的]极地船舶在极地航行时,复杂的冰阻力不仅会给船舶带来结构上的威胁,还对船舶的操纵性提出了新的挑战,尤其当船舶在层冰区中进行转向运动时,挑战更大。近年来的研究主要集中在船—冰碰撞的强相互作用上,而少有研究流体对冰阻力的影响。[方法]采用非线性有限元法,基于适当的冰材料模型和合理的耦合破坏模式,研究船舶回转运动过程中冰与船之间复杂、强烈的非线性相互作用。同时,采用流固耦合方法,研究流体对船—冰相互作用的影响。[结果]数值结果与经验公式的对比确定了模拟的有效性与可靠性,其中对比有、无流体作用时船舶受到的纵向、横向和垂向冰阻力情况显示,计及流体影响时,船舶的冰阻力在3个自由度上会有明显提升。[结论]船舶破冰回转运动中考虑流体对冰阻力的影响,能准确预测船舶回转时的冰阻力且能有效保证船舶的航行安全。

冰水槽内气泡辅助破冰系统的机理实验研究

为了揭示气泡辅助破冰机理,以极地破冰船气泡辅助破冰系统为研究对象,本文设计制作了船模及气泡辅助破冰系统模型并依托低温实验室进行一系列机理实验。通过机理实验探究加装气泡辅助破冰系统后冰层在船艏、船肩及舷侧的破坏模式,研究气泡辅助破冰系统与海冰相互作用机理。在此基础上对多种物理参数的影响进行分析。研究表明:气泡辅助破冰系统通过在冰层下形成气泡腔,破坏了水对于冰的弹性支撑;同时向上运动的气泡流将碎冰块吹离船体,形成船体与碎冰间的润滑层,从而分别降低了破冰船在冰区航行的破冰阻力和清冰阻力,达到了辅助破冰船航行的效果。

修正内聚区长度计算公式在冰Ⅰ型裂纹扩展中的应用

[目的]内聚区长度是处于破坏边缘的内聚力单元长度与其连接的其他内聚力单元长度之和,决定了网格的最大尺寸。精确估算内聚区长度并合理划分网格是影响计算精度的重要因素。[方法]为此,基于J积分的部分假设和已有的研究成果,在原有的内聚区长度计算公式中增加关于长厚比的修正函数,然后将修正后的内聚区长度计算公式应用于冰力学模型,再基于有限元法建立双悬臂梁数值模型进行模拟,并与试验结果进行对比,以验证修正后内聚区长度计算公式的精确性。[结果]研究表明,在一个内聚区长度内至少存在4个内聚力单元才能较精确地描述断裂过程。相关结果应用于三点弯曲试验模型模拟的结果显示,断裂点的极限载荷误差为2.9%且在合理范围内。[结论]修正后的内聚区长度公式更适用于冰材料。

基于发散式思维的全英文高等流体力学课程建设探讨

随着国际化进程的发展,研究生对全英文授课的需求越来越高:,对高等流体力学课程进行全英文授课将有利于研究生阅读英文文献和了解国际科研前沿进展。为此,在调研国内外相关课程的基础上,文章围绕教学理念、参考教材和实践教学活动等内容,探讨基于发散式思维的研究生全英文高等流体力学课程建设,旨在为相关人员提供一定的参考。

基于改进SPH方法的平面动态应力模拟

为了探讨在动态激励作用下材料的局部力学行为,本文将改进的光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics)应用于平面应力问题求解.引入速度、密度及应力修正项,对在简谐外部激励作用下的弹性悬臂梁运动及应力情况进行模拟.本文通过编写FORTRAN程序,计算了弹性悬臂梁的运动周期、运动幅值,并将悬臂梁自由端中点的位移情况与有限元计算结果进行了对比.此外,本文还对梁内典型位置处的正应力及密度变化情况进行显示跟踪.研究结果表明,本文采用的改进光滑粒子流体动力学方法不仅能够较为准确的模拟悬臂梁振动问题,且能持续显示跟踪各物质点的物理量,对结构强度的长期监测有一定的工程应用潜力与现实意义.

冰级船主机功率理论预报方法研究

强非线性冰载荷对极地航行商船的阻力和主机功率计算均提出巨大挑战。以往计算冰级船主机功率时,通常采用规范法的经验公式。尽管经验公式计算简便,但由于没有考虑航速变化对主机功率的影响,计算结果往往过于保守。本文基于离散元的理论方法和数值模型,采用阻力-速度曲线法建立了冰区加强型商船主机功率计算方法。借鉴中国商船“永盛轮”首航北极的实际航行经验,将预报方法应用于B1冰级的36000 t冰级多用途船的主机功率计算中。计算结果表明,该方法计算获得的主机功率较规范法小。该预报方法将为我国极地商船设计与制造提供技术支撑。

对船舶与海洋工程流体力学教学方法的几点探讨

针对船舶与海洋工程流体力学课程的教学特点,结合船舶与海洋工程“新工科”建设特色,从激发学生兴趣、帮助学生理解、理论联系实际和发挥学生主观能动性等方面,提出船舶与海洋工程流体力学教学方法改革的举措,旨在为相关人员提供一定参考。

加油站投资成本分析与控制

文章通过对加油站建设项目过程的分析和国家相关政策的研究,分析了加油站建设项目的投资构成,并结合加油站建设开发建设实际提出了控制建设成本的措施,以期对加油站的投资成本控制开发能有参考价值。