智能船舶的轮机工程专业仿真课程改革与实践

基于智能船舶的技术发展趋势,系统分析了船舶动力装置的技术体系和知识体系,结合轮机工程专业的培养目标,提出了轮机工程专业仿真课程的具体课程目标。在此基础上系统梳理了仿真课程的知识体系,其覆盖了仿真的基本概念与方法等基础性知识,还涵盖了船舶柴油机建模与仿真方法、船舶动力装置匹配仿真方法和船舶航行智能控制与仿真方法等专业性知识,以及船舶智能航行-控制联合仿真的综合性知识。设计了课程实践环节,通过教学实践,检验了课程改革的效果,也为进一步完善和提高课程教学效果奠定了良好基础。

船舶与海洋工程专业人才培养质量保障

本文指出了我院船舶与海洋工程专业人才培养存在的问题,提出了保障船舶与海洋工程专业人才培养质量的方法,为相关专业人才培养质量的保障提供了新的思路和措施.

海洋强国战略背景下有限元素法课程教学改革探索

作为工科院校众多专业的本科生必修课程的有限元素法,连同计算机辅助设计和辅助制造已成为数字化设计与制造的核心,是提高产品及工程设计质量和效率的最有效工具。海洋强国战略下,以立德树人为最终目标的课程思政建设与专业教学改革为当前有限元素法的教学与育人体系提供挑战与机遇。该文以有限元素法课程教学改革过程中教学模式为例,探索了以“问题导入—数理建模—有限元基础理论—实践提升”的教学改革思路,以培养卓越工程师践行海洋强国战略为导向,让学生在感受数学物理公式简洁美观的同时体会复杂问题求解过程中的成就感,形成以提升学生综合素质为最终目标的课程教学模式。

基于子模型分解的船舶舱段结构代理模型协同优化方法

[目的]为解决船舶舱段结构优化设计参数众多、计算耗时的难题,提出一种基于子模型分解的舱段结构代理模型协同优化方法。[方法]每次选择一个板架,根据当前舱段方案的有限元模型建立板架结构子模型,基于子模型构建板架结构响应的代理模型并进行优化,得到板架优化解后更新舱段模型,再进行下一个板架的优化,如此迭代,直到完成一轮或多轮包含所有板架的协同优化后停止。最后对舱段结构尺寸进行小范围调整,得到最终优化解。[结果]某船舶舱段结构优化结果显示,与从整体优化角度出发的基于降维代理模型的舱段结构优化方法相比,在相当计算成本下,所提方法的优化结果重量进一步减小了2.86%,最终实现结构减重4.96%。[结论]所提方法的优化效果较好,在高维船体结构优化问题上具有较好的应用价值。

极地海洋工程装备的应用现状及关键技术分析

极地海洋工程装备是我国参与北极海洋油气开发的主要平台与实力象征。我国极地海洋工程装备设计建造与配套能力难以得到认可,这与造船大国地位不匹配,迫切需要寻求解决方法。本文分析了我国对极地海洋工程装备的发展需求,梳理了极地海洋工程装备的应用现状,提炼极地海洋工程装备的关键技术,总结我国极地海洋工程装备存在的问题。最后,本文提出成立“北极海上油气勘探开发共性关键技术研发及应用创新”专项,设立“极地海洋油气工程技术国际研发中心”,成立“中俄北极能源合资公司”等发展建议。围绕北极开发能力与环境保护能力的协调发展,本文研究可为我国发展极地海洋工程装备提供参考,为我国跻身俄罗斯北极油气开发业务提供指导。

桥梁防撞夹层吸能结构的船舶碰撞性能及损伤研究

本文根据乌龙江大桥的基本情况、防撞等级要求,设计了加筋板、波纹夹层和填充泡沫的波纹夹层防撞套箱三种形式.建立船舶、防撞结构、桥墩的有限元模型,采用数值方法模拟船舶撞击防撞结构的动态过程.对比分析三种防撞套箱在船舶撞击下的撞击力、结构变形和能量吸收性能.结果表明:在钢套箱外面增加夹层结构,可明显提高吸能能力,减小防撞结构的损伤.

船舶尾轴承倾角及磨损对水膜压力影响分析

针对船舶尾部水润滑轴承发生快速磨损的问题,该文研究了船舶尾轴承倾角和磨损的存在对其水膜压力分布的影响。首先根据DUFRANE提出的轴承磨损厚度经验公式计算倾角存在时的水膜厚度分布,并将其引入Reynolds方程中求解水膜压力的计算。结果表明:倾角与磨损的存在会改变水膜分布,特别是磨损的存在使水膜压力入口段变短,承压区域变窄。在相同负荷条件下,最大水膜压力会随着倾角增加连续缓慢增大,而随着磨损增加则先缓慢增大、后快速增大;当倾角与磨损增加到规范最大允许值的一半时,最大水膜压力增加7倍,并且水膜最大压力位置向着偏心距较小、磨损较大的端面偏移,由此预示已磨损端的磨损速率将进一步增加。

船舶轴系电液力加载装置的控制策略研究

为了在实验室环境下模拟船舶轴系的推力载荷,以一种基于可变容积的电液力加载装置为研究对象,建立了系统的数学模型,分析指出轴系轴向扰动位移是影响加载力控制精度的关键因素,从而提出了一种基于扰动观测器补偿的复合控制策略。本加载装置由加载液压缸、承压筒和液压阀件等组成,包含了内部油液压力传感器和加载力传感器。首先,为提升系统的稳定性,构建了压力反馈半闭环的控制框架;然后,为了补偿轴系扰动位移对加载力的影响,采用扰动观测器将扰动位移等效在控制输入端,并引入补偿;最后,基于数值仿真和试验结果验证了所提控制策略的有效性。仿真和试验结果均表明,所设计的复合控制策略能有效抑制加载力波动。

船舶轴系纵向振动特性预报软件设计与实现

为实现船舶轴系纵向振动固有特性的预报,该文基于QT平台开发了一款预报软件。软件的核心求解器采用MATLAB语言编写,求解算法采用霍尔兹法,并与ANSYS软件仿真结果、某实际轴系纵向振动计算结果进行了对比验证。在此基础上,探讨了不同轴系参数变化情况下,轴系纵振特性的变化规律。结果表明:影响轴系纵振固有特性的参数主要有曲拐半径、曲臂厚度、推力轴承纵向刚度和材料弹性模量,相关的研究成果可为船舶轴系减振降噪提供参考。

船舶空冷通行业标准现状分析与展望

空冷通系统是船舶的重要组成部分。经过多年技术积累,我国船舶空冷通系统的标准构建取得长足发展。文章基于行业标准介绍国内船舶空冷通标准现状,分析船舶空冷通系统发展需求,为船舶空冷通系统标准化提供参考。

基于经验公式法的船舶螺旋桨脉动压力计算与软件开发

船体振动是船舶在航行过程中由于各种原因产生的振动,船上90%的振动源于螺旋桨的脉动压力,其可激起艉部振动、上层建筑振动和局部振动。特别是在螺旋桨上方区域,往往由螺旋桨脉动压力而激起局部结构共振或强迫振动,进而造成结构疲劳破坏或居住舒适度减小,因此减少螺旋桨脉动压力产生的振动很有必要。在螺旋桨设计初期,过于复杂的脉动压力计算方法便捷性不高,设计出1款能快速估算螺旋桨脉动压力的软件十分重要。该文基于QT平台和MATLAB软件混合编程,采用经验公式法,开发了1款船舶螺旋桨脉动压力快速估算软件,探讨了脉动压力的影响因素及其变化规律。结果表明:船舶剖面形状参数、船舶种类和螺旋桨转速对螺旋桨脉动压力影响较大。该项研究成果可为船舶减振降噪提供参考。

基于扫描点云的船舶曲面板成形偏差评定方法研究

船舶曲面板的成形是强非线性问题,仅通过一次曲面加工很难达到曲面板的工程要求,故需对加工曲面板的中间形状进行评定。为得到曲面板的成形偏差,提升船舶曲面板的自动化成形,该文首先基于测量的点云数据,提出了多方位扫描点云合并的方法,将不同位置扫描得到的曲面板点云进行精确配准,实现不同点云之间的最佳贴合;然后将处理好的扫描曲面点云与目标曲面进行位置定位,通过文中所提出的曲面成形偏差计算方法得到加工曲面板垂向、纵向和横向的形状偏差;最后进行了仿真实验,得到的曲板形状偏差计算精度符合船舶曲面板的工程要求,并设计实验测量加工帆形板,以验证方法的实用性。该项研究成果不仅为测量点云数据分布不均匀提供了处理方法,也为加工曲面板各方向成形偏差提供了计算方法。

船舶和海洋结构物建造中的计算焊接力学进展

针对薄板结构的失稳现象,基于固有变形理论和弹性有限元分析,预测其焊接失稳变形分布、失稳变形模态及对应临界失稳条件;针对海洋平台中厚板的多层多道焊问题,热弹塑性有限元分析需要消耗大量的计算机资源以及计算时间,且计算精度不易确保,这就需要应用更先进的数值分析方法进行研究,若得到焊接残余应力的精确分析结果,则可用于焊接接头和结构的强度、断裂等性能的评估。总结当前轻量化造船中薄板结构的焊接失稳变形,以及海洋平台用大厚板结构多层多道焊的残余应力等计算焊接力学的进展,并归纳了影响焊接接头力学性能的因素。

论现代科技的发展与文科大学生的科学素质培养

当代科技革命、科学技术发展的综合化趋势和科学技术的广泛运用对文科大学生科学素质产生了深刻影响,提出了新的要求。文科大学生科学素质培养应着重抓好科学理论学习、科学实验教育、科学文化熏陶和自我科学教育。

船舶静力学实验教学平台设计与实践

设计了船舶静力学综合实验教学平台,基于该平台可实现船舶静稳性、破舱稳性和搁浅稳性实验教学。以船舶静力学中典型稳性知识点为出发,制造教学模型,布置倾角、加速度、水深传感器,搭建教学辅助软件。学生通过操控设备和软件调整模型至典型稳性状态,结合传感器读数获取水深、姿态和压力等参数,计算出船舶在不同状态下稳性数据,对比计算结果分析不同状态稳性特征,增强对知识的理解运用,提升动手能力和创新实践能力。

船舶性能实验教学探索与实践

船舶性能实验教学内容大部分需要用到拖曳水池设施,实验准备工作繁琐,吊装工序具有危险性,学生参与度低,教学以观摩式原理性教学为主,实践训练效果不佳。以船舶性能实验中“静力学—阻力—敞水—自航”知识点为主线依托,对该课程教学配套和教学模式进行探索:开发虚拟仿真平台,促进自主交互学习;简化船型设计流程,串联核心知识脉络;研制微小教学设备,提升动手实践能力。实践表明上述教学方法可促进学生夯实理论基础,对提升学生动手实践能力、发现问题和解决问题能力效果明显,学生在科研产出和科创获奖方面都有较大提升。

船舶推进轴系振动的不确定性分析

[目的]针对传统的船舶推进轴系确定性振动分析存在安全性与可靠性不足的问题,开展轴系在不确定性激励下的振动响应分析。[方法]采用基于非概率凸模型过程的非随机振动分析方法,以区间上下界的形式描述不确定性激励和振动响应,降低对大量激励样本数据的依赖。与相关文献的计算结果对比,验证所编求解二自由度系统响应边界程序的正确性,并基于在此,探究轴系的不确定振动问题。[结果]当轴系受到螺旋桨[-30 N,30 N]的横向激励力激励时,在轴承处产生了量级约为10-6m的位移响应,表明轴系受到某一区间的激励,则必会产生某一区间的响应。[结论]将基于非概率凸模型过程的非随机振动分析方法应用于船舶推进轴系不确定性振动分析领域,可求得轴系受到不确定性激励时的振动位移响应边界,并可在激励样本较少的情况下为提高轴系系统动态响应预测的稳健性提供有益参考。

船舶推进课程的“一融四合”教学模式研究

针对当今主动学习大势所趋,互联网教学快速发展,传统工业知识缺乏更新,工科人才人文素养急需建设,物理实验教学常常受限的时代特点,结合船舶推进课程内容,探索形成“一融四合”教学模式。在“启发、探究、讨论、参与”教学方法融入传统教学的基础上,实现线上/线下学习相配合,前沿/基础学习相结合,专业/素养学习相融合,虚拟/真实实验相联合。以期为学生提供优质的教学体验。

面向船舶轴系智能安装的法兰激光扫描点云分割研究

[目的]激光扫描技术用于船舶轴系智能安装,具有非接触式、高速率扫描、高精度成像的优势,其中激光点云数据包含空间物体的大小、位置和方向信息。点云分割能大幅减小数据的计算规模,提高对接法兰相对位姿的测量效率。[方法]采用深度学习理论研究点云分割,制作法兰类零件的点云数据集,利用PointNet模型进行训练,分别从Dropout正则化、学习率衰减和点云数据增强3个方面制定优化策略,并在船舶轴系智能安装台架上进行实验验证。[结果]模型的收敛结果趋于稳定,其中训练集的准确率为0.88,验证集的准确率为0.65,法兰点云分割实验呈现清晰的轮廓边缘。[结论]表明该方法具有良好的收敛性能和泛化性能,提高了轴系智能安装的效率。

基于Mars2000的船舶中剖面通用快速优化方法

[目的]船舶中剖面优化具有设计变量多、约束条件复杂的特点。相关研究多采用智能优化算法直接嵌套规范校核软件(如Mars2000)的优化方法,计算量较大。为此,提出基于敏度排序的中剖面快速优化方法。[方法]首先计算各个约束特征量关于各设计变量的敏度,根据敏度信息得到各特征量不满足约束时的设计变量调整次序,并判断各特征量是否只与局部构件相关。优化迭代时,根据当前方案的约束不满足情况,结合敏度信息做变量调整,并进行周期性的敏度更新。最后引入基于坐标轮换法的小范围调整方法进一步提升优化效果。[结果]某油船中剖面算例优化结果表明,所提方法可实现结构减重5.195%。[结论]与直接嵌套Mars2000的智能优化算法相比,本方法在优化效果相当的情况下,计算量仅为前者的5.58%左右,成本优势明显。