深海无人系统大长径比环肋圆柱壳结构设计与试验研究

环肋圆柱壳是深海无人系统广泛采用的一种耐压结构形式,保障其结构安全是系统研制过程中非常重要的一环。针对环肋圆柱壳的结构特征推导了组合结构重量关系式和结构参数简化估算方法,并以一种超长型深海无人系统耐压结构为例,围绕大长径比环肋圆柱壳的结构形式、设计计算、仿真分析、模型验证等开展研究。研究表明提出的大长径比环肋圆柱壳结构设计参数简化估算方法具有较好的适应性。相关计算和分析结果可以为该型深海无人系统结构设计提供技术支撑,也可以为其他类似耐压结构设计提供参考。

船用承压结构变形场混合数字孪生监测模型方法实现

[目的]旨在为实现船舶的全生命健康监测设计一种面向结构健康监测的混合数字孪生系统。可实时采集及反馈关键舱室结构的变形,从而提升航运的信息化和安全管理能力。[方法]首先,采用奇异值分解法对多组载荷形成的物理场信息进行数据压缩降维得到特定的标准正交基,创建基向量与载荷关系的响应面模型,输出基于实时输入载荷的有限元降阶模型。其次,采用基于地统计学的克里金插值算法,按照特定拓扑结构布点,将实时的传感器数据和降阶模型输出的补充点位数据经由卡尔曼滤波算法进行融合修正,共同计算监测对象的变形情况。最后,通过构建变形监测软硬件系统,实现监测物理特性的采集到可视化的全过程。[结果]该系统在预设的载荷下,硬件采集系统能够稳定进行数据采集,配套的应用程序能够按照预期的要求进行实时可视化采集。[结论]该结构健康混合数字孪生系统满足船舶的健康监测需求,对未来船舶的高度一体化、智能化发展具有一定的参考意义。

极地船型冰区强弱构件冰载荷分配

为了探究极地船型冰区结构横骨架式次要构件(骨材)与主要支撑构件(PSM)之间连接构件处的冰载荷分配规律,提出适用于骨材与PSM间连接构件处载荷的工程实用化计算方法。基于国际船级社协会极地船级规范中的设计冰载荷,提出横骨架式构件在设计冰载作用下由骨材承载分配至PSM处的载荷的工程实用化计算方法;将《散货船和油船共同结构规范》(HCSR)中的强弱构件间载荷分配方法拓展应用于极地船型冰区骨材与PSM间冰载荷分配中,在某极地科考船舯部冰带区有限元模型外板上施加设计冰载荷,根据舷侧横骨架式典型节点的应力计算出骨材与PSM间连接构件处的冰载荷值。计算结果表明,通过数值计算得到的载荷值与采用工程实用化计算方法得到的载荷值基本一致,HCSR中强弱构件间载荷分配方法可应用于极地船型中,横骨架式由骨材承载分配至PSM处的冰载荷工程实用化计算方法有效,研究结果可为后续极地船型冰区结构连接构件结构设计提供设计输入。

桥墩倾斜方向对自浮式防撞装置防护效果影响研究

随着航道上大跨度桥梁的建设愈加广泛,其桥墩在水面附近往往具有一定的倾斜角度。为研究桥墩倾斜方向对自浮式防撞装置防护效果的影响,文章基于装备自浮式防撞装置的2种倾斜方向的桥墩与6000DWT级散货船为研究对象进行非线性有限元仿真碰撞计算,分析桥墩倾斜方向对不同航速船舶撞击下桥墩撞击力、系统能量转换、船艏结构破坏的影响。结果表明:外倾式桥墩受到撞击力更小,其防撞装置通过变形吸收能量更多、防护效果更好。研究成果可为大跨度桥墩设计与防撞装置的开发提供重要的参考价值。

边岛式上层建筑结构设计与性能分析

本文采用规范计算与有限元分析相结合的方法,针对边岛式上层建筑的结构设计、强度校核、参与总纵弯曲的有效度和边岛式上层建筑对船体总振动的影响等方面进行研究,分析不同结构设计型式和计算方法的适用性,给出边岛式上层建筑结构在设计、力学性能分析等过程中的相关建议,为其他船舶的边岛式上层建筑提供设计参考。

共同结构规范中舭部曲板作为硬角单元的适用条件研究

按照共同结构规范要求,对于船舶舭部板的船体梁极限强度和残存强度计算,规定在一般情况下应将其视为硬角单元,但未明确可以将其视为硬角单元的具体条件。本文利用共同结构规范对于曲板屈曲能力的评估方法和非线性屈曲有限元分析方法,对船舯区域和船舯以外区域的典型几何形状的舭部曲板进行了研究,得到了在共同结构规范要求的船体梁极限强度和残存强度计算中,舭部板可以被视为硬角单元的简要条件。

基于模型的船体性能数值模拟系统标准集构建方法研究

本文面向船体性能数值模拟系统数字化、智能化的开发与应用需求,聚焦提升系统开发效率与质量,研究确定了基于模型的复杂软件系统标准集构建技术路径,开展了系统开发需求分析与场景建模,以及系统视图构建,在此基础上综合考虑系统生命周期、功能实现、系统组成等不同维度,分析形成了该系统的标准体系架构,以软件全生命周期质量保证过程为例,开展各环节的标准适用性与缺项标准分析,分别构建了标准配置模型(StdV-1)和标准预测模型(StdV-2),形成了能够支撑系统开发和应用的标准集,增强了各类标准对系统全生命周期过程的规范和约束。

大跨度双层甲板在轴压载荷下的稳定性研究

针对大跨度双层甲板缩尺模型设计并开展了单轴压缩试验,分析了缩尺模型的极限承载力以及结构的崩溃特性.计及初始缺陷的影响建立数值仿真模型,将试验结果与仿真结果进行对比,分析了双层甲板模型在轴压载荷作用下的稳定性及极限承载特性.结果表明:文中研究的双层甲板缩尺模型的失效模式主要是板格屈曲变形,仿真计算得到的模型应力分布情况与试验测量的结果也基本吻合.

基于缺口应力方法的钛合金薄板焊接接头疲劳性能研究

文中对TA23薄板钛合金设计了对接接头和十字接头两种接头尺寸,开展了系列疲劳试验,得到了两种焊接接头的疲劳等级曲线.参考现有规范及学者建议的三种不同虚拟半径值0.05、0.3、1 mm,基于缺口应力评估方法对两种接头在焊趾处构建了三种不同的虚拟半径圆弧,建立有限元模型.计算对应的缺口应力,结合试验数据,拟合两种焊接接头在三种不同虚拟半径下统一的S-N曲线,分析分散带指数.结果表明:1 mm的虚拟半径更适用于TA 23薄板钛合金.

椭球形与圆柱形耐压薄壳承载特性对比研究

将水下无人潜航器耐压结构作为应用背景,为对比椭球形薄壳与圆柱形薄壳承载差异,以应力和弹性稳定性作为典型力学性能指标进行对比。基于第四强度理论,以Mises应力作为典型应力开展数值计算,同等重量下椭球薄壳应力峰值较圆柱薄壳应力峰值小4%左右。以等容积、等重量为前提,基于ISIGHT平台调用Ansys,采用NSGAⅡ优化算法开展椭球薄壳弹性稳定性优化,同等重量、同等有效容积下,椭球薄壳稳定性较圆柱壳提升1.78%~6%;仅要求同等容积时,椭球薄壳稳定性较圆柱壳最大提升约200%。研究成果可为超大潜深潜器耐压结构选型提供借鉴。

大型集装箱船甲醇燃料舱结构设计

针对甲醇作为船舶替代燃料的特点,提出一种适用于大型集装箱船的甲醇燃料舱设计方案,以一艘大型集装箱船为例,采用有限元方法来验证甲醇燃料舱区域的结构强度,同时探讨燃料舱端部节点设计对船体结构强度的影响。为大型集装箱船甲醇燃料舱的结构设计提供参考。

大数据背景下船员培训驾驶舱平台设计与实现——以浙江国际海运职业技术学院船员培训为例

以大数据时代为背景,以浙江国际海运职业技术学院船员培训系统为例,设计并实现了一套基于大数据的船员培训驾驶舱平台。通过引入Hadoop、Hive、Spark等大数据技术实现了船员培训数据的采集、分析和可视化展示。该平台的设计目标在于提升船员培训效果,通过大数据存储分析技术对培训项目、人次、计划等数据进行采集和分析,形成主题评估及数据对比,为管理层决策提供支撑。详细介绍了平台的总体架构、环境准备、数据导入、清洗、处理、持久化和可视化等关键步骤,强调了数据处理的全流程。

邮轮内装物资物流集配风险评估

为量化邮轮内装物资物流集配风险并科学配置管控资源,结合置信规则库和贝叶斯网络,用于解决具有不确定性和模糊性的风险评价信息.辨识影响邮轮内装物资物流集配的关键风险因素,多维度细化风险参数表达,基于风险参数结构及权重,建立包含置信度的规则库表示风险参数与风险状态之间的对应关系;融合模糊评价数据,利用贝叶斯推理技术,得出风险因素在风险状态上的置信度分布,引入效用函数实现概率值向精确值的转换,并得到风险因素的排序结果;通过敏感性分析验证该模型的逻辑性、适用性和准确性.结果表明:邮轮内装物资物流集配风险排序位列前三的分别为内装总包商对供应商及物流服务商监管不善、参与主体权责划分不明确、以及仓储设施不满足物资存放要求.

耙吸挖泥船吊放系统支撑结构设计与强度评估

本文通过对耙吸挖泥船吊放系统的载荷特点及其其与船体连接处的受力情况分析,探讨了有限元法校核连接处结构强度和局部振动性能,总结了工程船此类特殊设备的加强结构设计和计算校核方法。作为耙吸挖泥船作业的重要辅助设备,吊放系统必须安全、可靠,与船体连接有足够的强度和刚度,能满足频繁吊放耙管的需求。研究吊放系统的加强形式和强度校核方法,可为工程船特殊设备的船体加强区域的结构设计提供实用的参考。

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。

掺氢环境下含腐蚀缺陷X52天然气管道的结构强度失效机理研究

[目的]旨在探究掺氢环境下含腐蚀缺陷管道的结构强度劣化规律。[方法]基于试验数据分析X52钢在不同掺氢比例下的承载性能,采用非线性有限元方法研究X52掺氢天然气管道在不同腐蚀缺陷下的结构强度失效机理。[结果]研究结果表明:掺氢比例增大到50.0%时,管道在组合载荷下达到失效的位移最小为2.58 mm,结构韧性劣化程度较大;掺氢比例为25.0%时,缺陷深度越大,结构失效程度越严重,通过对正方形和圆形缺陷的对比,发现正方形缺陷的最大应力高于圆形缺陷。[结论]基于材料性能构建的含缺陷管道模型能够实现对不同掺氢环境下天然气管道服役状态结构承载力劣化程度的评估,所做研究可为新能源管道设计及健康监测提供工程化建议。

大型邮轮甲板层数对上层建筑变形特性的影响

为了满足人们对宽敞居住空间、娱乐和休闲等的需求,邮轮往往设置多层丰满轻型上层建筑,复杂结构使得其参与船体总纵弯曲的程度及变形特性难以确定。以某大型邮轮为研究对象,将模型试验与数值计算相结合,研究上层建筑甲板层数对其变形特性的作用机理及影响程度,探讨上层建筑的变形特性。研究结果可为安全可靠的邮轮上层建筑结构设计以及形成自主设计技术提供可靠支撑。

不同水下爆炸参数下双层加筋圆柱壳结构响应研究

本文采用声固耦合方法模拟水下中远场爆炸产生的冲击波载荷和气泡脉动对双层加筋圆柱壳的冲击响应。从不同工况水下爆炸载荷下的鞭状运动和关键部位冲击响应2个方面,研究了药量、爆距、水深、爆炸方位等参数对双层加筋圆柱壳结构响应的影响。研究表明,在中远场水下爆炸作用下,双层加筋圆柱壳在不同药量和爆距下鞭状运动的位移响应幅值和冲击环境谱加速度幅值变化较大,但其鞭状运动的位移响应曲线的周期变化不大。双层加筋圆柱壳在不同水深下,鞭状运动受到水下载荷周期性影响显著,但谱加速度幅值变化不大。双层加筋圆柱壳在不同爆炸方位下鞭状运动变化和冲击环境谱加速度分布受其影响显著。这项研究旨在为水下中远场爆炸作用下,水下航行体结构的抗冲击特性研究提供数据及理论支撑。

大型LNG船集管区平台结构参数化设计与计算分析

为实现对大型LNG船集管区平台的高效与高质量设计,提出一种集管区平台的三维参数化设计方法,通过CATIA V6软件二次开发和知识工程模板,快速搭建平台的有限元模型和实体模型,并实现工程图出图;同时提出一种对大型LNG船集管区平台的加载方式,利用有限元数值仿真技术对平台的强度进行计算校核。研究表明,采用该参数化设计方法较常规设计周期缩短了8天,提高了设计精度,加载方式可有效模拟平台的受力情况,为今后同类LNG集管区平台的设计提供一定参考。

大型舰船圆筒型水下防护结构性能分析

[目的]针对传统“空舱-液舱-空舱”三舱型防护结构重量大、防护效率较低的问题,探讨圆筒型水下防护结构的防护性能。[方法]建立基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法的数值模型,通过典型的结构接触爆炸算例,验证ALE算法的精度;然后在此基础上分别建立传统的三舱型防护结构和圆筒型防护结构模型,通过数值模拟分析相同药量水下接触爆炸后的应力、应变最大值以及能量吸收等特征参数,从而得到各自的防护性能。[结果]结果显示,圆筒型防护结构防御纵壁的位移小于防水纵壁的位移,这与传统三舱型防护结构的规律相反;甲板、双层底结构吸收的能量相比传统防护结构少了9.92%,具有明显的垂向抗变形优势。[结论]研究表明,圆筒型防护结构在药量相同的情况下其毁伤程度更低,可为水下防护结构的创新设计提供新的思路。