基于有限元分析的船用折臂伸缩吊结构设计

为了设计一种适用于船舶甲板空间有限的吊机,指导折臂伸缩吊机机械结构设计,在介绍机械结构整体设计方案的基础上,基于ANSYS软件建立结构的有限元仿真模型,介绍模型的网格划分、约束建立以及载荷加载方法,研究分析结构的应力和应变。结果表明,所设计的折臂伸缩吊机械结构可满足相应作业需求,并形成了一整套利用有限元手段进行船用折臂伸缩吊结构强度计算的方法。研究结果可为同类船用折臂伸缩吊机械结构的设计和优化提供参考。

船舶起货机操作管理虚拟仿真实验教学系统的设计与应用

针对“液压甲板机械的操作与管理”实践环节教学效果不佳、实验安全性差等问题,基于虚拟现实技术开发了船舶起货机操作管理虚拟仿真实验教学系统,建立教师端与学生端系统,实现了完善的教学功能,通过“虚+实+虚”实验教学模式实施教学过程,采用动态变化的题目考核学生的知识掌握能力。教学实践证明,虚拟仿真教学系统有利于提高学生的学习效率和确保大型实验项目的安全性。

一种绳驱动AUV布放回收装置的结构设计与动力学分析

为了提高自主式水下航行器(AUV)布放回收的安全性和效率,以船舶起重机为基础,设计一种不仅能通过绳索自主调整吊笼的姿态,而且具有良好减摇效果的AUV水面布放回收装置。分析该装置的结构特性和机械理论模型,采用坐标转换法对吊笼的运动学位置、速度和加速度进行分析,并通过MATLAB软件对其进行仿真验证。在运动学模型的基础上对装置进行动力学分析,并利用ADAMS搭建绳索系统的虚拟样机并进行无激励和存在激励仿真验证。研究结果表明:在受船舶激励的情况下,横摇的减摇效果为78%,纵摇的减摇效果为75%;在给定轨迹下,4根绳索的变化比较稳定,能通过绳索调整吊笼的姿态,进而安全高效地完成AUV布放回收工作。

养殖工船养殖舱清洁系统的设计与清洁能力分析

为解决养殖工船养殖舱壁固体废料附着堆积、人工清洁效率低、不能及时清理等问题,设计了一种适用于养殖工船养殖舱的清洁系统。该清洁系统结合养殖舱的养殖特点,设计有清洁装置、绕行装置、传动装置以及排污装置。通过仿真试验分析,得到系统合适的运行速度以及清洁装置不同工况下的清洁效率。结果显示,系统的运行速度应该控制在0.5 m/s以内,运行速度越慢,系统的清洁效率越高,提高毛刷的转速能够有效提高清洁效率。毛刷在单位路径下的工作圈数与清洁效率正相关,当运行速度为0.2 m/s、转速为190 r/min时,清洁效果比较理想。清污刮板为30°时,可有效清除残留附着物。研究表明,该清洁系统可解决养殖舱在养殖过程中的清洁问题,且结构紧凑有效,具有较高的工作效率和性价比,有较好的推广价值。

船用起重机磁流变防摆装置动力学分析和实验验证

为了解决船用起重机在执行吊装转运作业时,货物出现摆动降低工作效率且极易造成安全事故的问题,将磁流变技术引入船用起重机防摆领域,设计了一种机械式防摆装置。推导了船-起重机-吊点-防摆装置-吊重的三维动力学模型。对装置的防摆效果进行分析,结果表明,当输入给磁流变防摆装置恒定电流时,随着电流增大,防摆效果愈加明显,在设定工作背景下,当给定电流2 A时,对面内角及面外角的抑制分别为75%、82%。为了优化控制策略,降低能耗,提高防摆的鲁棒性,设计了变论域模糊PID(variable universe fuzzy PID,VUFPID)控制器。采用VUFPID控制器时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为85%和83%,能耗约为113 J;采用A组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为60%和68%,能耗约为140 J;采用B组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为50%和58%,能耗约为110 J。可见采用VUFPID后,能实现低能耗、效果明显的防摆作用。最后搭建实物样机,验证了磁流变防摆装置的有效性。

基于磁流变技术的船用起重机防摆装置设计及仿真分析

针对船用起重机在海上作业时,受到耦合激励致使吊重难以定位的问题,将具有半主动控制特性的磁流变阻尼器引入船用起重机防摆领域,设计一种机械结构简单、阻尼连续可调且响应速度快的机械防摆装置。针对特定的船舶工况设计了磁流变阻尼器,仿真验证了磁流变阻尼器磁路设计的合理性。建立船-起重机-吊点-防摆装置-吊重的三维动力学模型。基于ADAMS搭建虚拟样机并联合MATLAB进行仿真分析,验证了方案的可行性。结果表明:该防摆装置对吊重的摆动有良好的抑制效果,在设定海况下,吊重在面内摆动幅度减小85%,吊重在面外摆动幅度减小87%。研究成果可为船用起重机机械防摆提供参考。

基于粒子群算法的船用起重机防摆装置结构优化设计

船用起重机在海上作业时因风浪引起吊重摆动导致作业风险较高,需要对起重机加装相应的防摆装置,而在起重机上加装防摆装置会增加起重机负荷影响工作效率,因此需要对船用起重机防摆装置结构进行轻量化设计。针对船用起重机防摆装置,以装置结构重量最小作为优化目标建立结构优化数学模型。使用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对船用起重机防摆装置进行结构优化设计并对算法参数进行改进。经过优化后,结构总重量较优化前降低了28.64%。对优化过程和结果的分析表明,与结构优化中常用的遗传算法进行比较,PSO算法相比遗传算法可以快速收敛到全局最优解,求解精度高且算法运行稳定,优化后效果满足工程实际应用的需求。验证了PSO算法在船用起重机防摆装置结构优化设计中具有可行性和有效性。

海洋环境监测平台数据采集吊舱减摇装置动力学分析与试验

随着海洋牧场建设向纵深发展,环境监测平台已广泛应用于海洋牧场海水养殖环境监测中。针对生产使用的海洋环境监测平台数据采集吊舱布放回收过程中因受风、浪、流影响下出现的电缆断裂损坏问题,设计了一种海上平台吊舱减摇装置。基于牛顿第二定律建立了海上平台横摇、纵摇激励下的吊舱减摇装置动力学模型,并使用Matlab/Simulink软件进行了数值仿真分析,比较了有无减摇装置情况下吊舱摆幅的变化情况。结果显示:在有减摇装置的情况下,吊舱的面内角摆动幅度可减小约66.9%,面外角摆动幅度可减小约69%,平均减摇比为67.95%,在已有的理论基础上搭建了样机并进行了试验验证。结果显示,吊舱减摇装置对吊舱的摆幅具有明显的抑制作用,面内角摆动幅度可减小约73.5%。研究表明,吊舱减摇装置对提高海洋牧场监测平台数据采集系统的可靠性与安全性具有重要的实践指导意义。

用于海上风力发电机的改进船载登乘栈桥主动波浪补偿方法

在维修海上风力发电机时发现传统船载登乘栈桥主动波浪补偿系统存在求解精度低、控制响应慢的问题。为此,提出基于Denavit-Hartenburg法的栈桥空间位姿解算方法,并使用参考系转换的方法降低逆运动求解难度;设计前馈Smith预估补偿PID控制器,解决传统PID控制器跟踪动态信号存在的长延时问题;结合船载登乘栈桥的动力学模型,采用Simulink软件进行仿真控制实验。实验结果表明,在低海况且控制系统的延迟时间取0.24 s时,改进后的船载登乘栈桥主动波浪补偿方法使栈桥的最大偏移量减小了79.3%,以平均偏移标准差作为栈桥稳定性评估依据时其稳定性提升了79.6%。由此可见:该补偿方法具有良好的波浪补偿能力,同时还具有快速求解和时间延迟包容性等优点,有利于提高实时补偿系统的整体控制精度和响应速度。

面向多厂建造的船舶结构柔性设计研究

提升船舶研制效率是每一个船舶企业密切关注的问题之一,“一家设计所设计、多家造船厂建造”(即“一所多厂”)模式能够显著提升船舶交付速度。为更好地解决“一所多厂”模式下不同船厂之间存在的差异,本文介绍了面向建造的设计原则,提出了面向多厂建造的船体结构柔性设计方法,并以船体结构分段划分的柔性设计为例,对面向多厂建造的船体结构柔性设计进行了详细阐述,为“一所多厂”模式下船舶结构设计提供一种思路。

小艇收放装置波浪补偿功能的设计与应用

随着船舶航海任务需求的日益增加,对小艇收放装置吊放小艇的安全性提出了更高的要求。为在气象多变、海况恶劣的海洋环境下安全收放小艇,通过对小艇收放装置波浪补偿功能的设计、实现和应用,该波浪补偿功能可保障小艇收放装置在4级海况下安全收放小艇,有效降低了海浪对小艇的冲击,提高了人和艇的安全性。

聚酯缆动力学行为计算方法研究

The dynamic stiffness of polyester rope presents a complex mechanical performance,and the search for an appropriate calculation method to simulate this property is important.Distorted simulation results eventually yield inaccurate line tension and vessel offset predictions,with the inaccuracy of vessel offset being particularly large.This paper proposes a flexible calculation method for the dynamic behavior of polyester rope based on the dynamic stiffness model.A real-time varying stiffness model of polyester rope is employed to simulate tension response through rope strain monitoring.Consequently,a simulation program is developed,and related case studies are conducted to explore the differences between the proposed method and analytical procedure of the DNV standard.Orcaflex is used to simulate the results of the latter procedure for comparison.Results show the convenience and straightforwardness of the procedure in the selection of an approximate dynamic stiffness model for polyester rope,which leads to an engineering-oriented approach.However,the proposed method is related to line property,which can directly reflect the dynamic behavior of polyester rope.Thus,a flexible calculation method may provide a reference for the simulation of the dynamic response of polyester mooring systems.

海上风电登靠步桥发展与关键技术研究综述

海上风电登靠步桥的应用可确保海上风电风力涡轮机的正常运行,能够为优化登靠操作、提高风电项目运维效率以及降低成本提供支持。从登靠步桥的发展历程以及技术进展的角度进行概述,分析国内外在该领域的主要装备及其性能,同时围绕运动感知与数据分析、补偿控制与执行、结构设计与可靠性以及新材料应用等方面对海上风电登靠步桥关键技术进行讨论。指出并联平台是主流的海上风电登靠步桥执行机构,波浪补偿是设备性能的核心以及竞争力来源,先进的波浪补偿技术有赖于传感器技术、人工智能等多学科的发展。分析结果可为海上风电登靠步桥领域的后续技术探索提供参考。

科考船机舱结构异常振动定位与控制方法

针对某科考船在系泊阶段出现的机舱异常结构振动现象,结合实船振动测试数据,通过频域分析方法,进行结构振动源识别与振动传递分析。数据分析结果显示甲板异常振动频率与发电机组机脚频率相同,通过有限元仿真计算出中间质量的固有模态,与发电机组基频、发火频率及其倍频均不吻合,故排除发电机组与中间质量共振导致产生异常振动的可能性,结合上船勘验将结构振动异常故障定位于燃油管系。依据发电机组不同测点的振动频谱特征,得出发电机组的基座振动与燃油管振动存在正相关。因此在后续试验中对该管系进行振动控制。结果表明,燃油管系减振后机舱异常结构振动衰减,发电机组双层隔振装置的隔振效果由20.8 dB提升到36.6 dB,甲板振速由25.3 mm/s降低到8.1 mm/s,说明机舱结构异常振动问题得到较好的解决。

新型系泊绞车免基座安装方法

在船舶甲板上配备的系泊绞车,其安装一般采用传统的框架式基座,需在基座面板上打螺栓孔,用普通的六角头螺栓固定,缺点明显,为了方便螺栓穿入,基座必须设置一定的高度,绞车越大,螺栓越大,则基座高度也越大,随之而来的就是基座的重量也会越来越大,针对这种制造成本高,现场安装定位麻烦的问题,尝试进行新型系泊绞车免基座安装设计,仅用一块底脚复板来固定系泊绞车,可有效降低造船成本,缩短造船周期。

非惯性系下舰载稳定平台动力学建模与分析

为解决舰船在恶劣海况下产生的大幅度、多维度的不规则摇荡运动,提出了一种6-DOF并联平台隔离舰船运动的方案,并对该方案的动力学特性进行了深入研究。首先,基于矢量关系推导该平台构件在惯性坐标下的速度、Jacobi矩阵和能量方程式,由拉格朗日方程和虚功原理得到其在非惯性系下的显式动力学方程。其次,利用Adams搭建该平台的虚拟缩比模型,采用P-M波谱和响应幅值算子模拟复杂海况下舰船的摇荡运动,基于SIMULINK软件实现MATLAB软件与Adams软件联合仿真。最后,计算分析5级海况下的运动实例,理论结果与仿真结果的驱动力误差在0.11%内,验证了本文动力学模型的正确性,且计算结果表明,平台可分别补偿船舶95.7%、97.7%和87.9%的横、纵和艏摇运动,验证了所提方案的有效性。研究结果对非惯性系下舰载稳定平台的动力学控制具有指导意义。

水下机器人回收装置的动力学分析与实验验证

为提高水下自主航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)布放回收过程中的效率和安全性,通过以船舶起重机为基础研究了一种不仅可以通过电机自主调节吊笼的姿态而且能够利用绳索减摇使回收过程更加稳定的AUV水面布放回收装置,建立了船-起重机-吊点-减摇装置-吊笼的三维动力学模型,首先通过Adams搭建虚拟样机进行动力学仿真,得出了当利用电机调节吊笼开口方向时4根绳索的拉力的变化和吊笼的姿态变化,然后利用MATLAB联合仿真采用PID控制策略对其进行了减摇的仿真分析,验证了减摇方案的可行性。在已有的理论基础上搭建了实验样机进行了实验验证。结果表明:在受船舶激励的情况下,横摇的减摇效果达70%;纵摇的减摇效果达60%,电机进行姿态调整时各个绳索的拉力稳定能够完成姿态调整,能够有效地完成布放回收工作。可见当AUV靠近吊笼时依靠姿态调整电机进行姿态调整,能保证AUV进入吊笼;当AUV进入吊笼以后本装置有良好的减摇效果,使回收过程更加稳定。

3UPU-UP并联平台可操作性与工作空间分析

6支链并联平台存在着复杂的位置约束,并且当控制算法失效时对机械结构容易造成损坏,因此,针对一种3UPU-UP并联平台对其进行运动学可操作性与工作空间分析。首先通过矢量法与运动学的分析,得出了3UPU-UP并联平台运动学模型,以此为基础,首次将串联机械臂可操作度的评价指标与3UPU-UP并联平台的机构结构特性相结合,对3UPU-UP并联平台的可操作度进行了计算、分析和可视化处理;并将蒙特卡洛法与正运动学相结合对并联平台的工作空间进行了计算、分析和可视化处理。能够更加直观、完整表述并联平台的可操作度和工作空间。研究成果为3UPU-UP并联平台的设计提供了理论依据并证实其理论上的可行性。

350t起重船吊臂结构强度有限元分析

针对目前起重船吊臂结构强度分析多数仅考虑工况、未结合吊臂工作模式的问题,以某350t起重船为研究对象,建立其吊臂有限元模型。首先结合最不利工况和工作模式,在充分考虑各复杂工况下进行载荷施加,然后应用有限元直接计算法校核其结构强度。计算结果表明吊臂结构满足强度要求。

基于Solidworks的新型半下沉水密上舵承强度分析

高效舵在保证船舶操纵性之外,具有更小的阻力并能提高船舶推进效率。本文提出一种适用于高效舵系统的半下沉式水密上舵承,使用软件Solidworks/Simulation对产品进行整机建模及结构强度有限元分析。仿真结果表明,半下沉式水密上舵承各零部件强度满足设计及使用要求,为同类型半下沉式水密上舵承的结构轻量化设计,提供了重要指导。