晃动条件下大型液氢舱罐的动力学及热力学特性

大型液氢舱罐在不同海况下会呈现出复杂的动力学响应及热力学响应,并在很大程度上影响舱罐的安全,因此,建立一个数值模型来研究晃动条件下船用大型低温舱罐中液氢的动力学特性及热动力学特性。应用流体体积(VOF)方法捕获晃动过程中自由表面的波动,使用Lee相变模型来描述晃动过程中的蒸发冷凝现象并与已有试验进行对比验证。研究不同充注水平和晃动条件下液氢的自由表面形状和面积变化,舱壁压力变化,舱罐内气液温度变化以及相变引发的降压现象。结果表明:固有频率附近的晃动伴随着射流和破碎液面的产生,会对舱壁产生抨击压力;液面破碎程度越剧烈,液位越高,舱内压力下降速率越快;舱罐内气液温度演化经历了热分层、晃动混合和总体温升等3个阶段。研究结果对进一步理解非等温低温舱罐中流体的晃动动力学及热力学特性具有重要意义。

基于点云目标检测算法的船体分段合拢面构件识别方法

在船体分段合拢面精度检测方面,三维激光扫描仪相比全站仪具有高效、高精度和操作便捷等优势。但扫描点云往往数据量庞大且会包含大量与设计模型无关的周围空间点,不仅增加运算时间而且影响配准精度。基于显著构件的点云配准方法能解决该问题,但实现显著构件的智能识别,还需要一种针对船体分段合拢面构件的智能识别算法。采用深度学习方法,构建一种基于点的、无锚点单阶段目标检测神经网络模型,其适用于船体分段合拢面点云数据,基本实现了对船体分段合拢面上构件的智能识别。使用ADAM优化器对网络进行优化训练,在测试集上获得了平均精确度均值P_(A-m)为64.36%的效果。研究成果可用于改进点云粗配准方法,为实现船体分段合拢面精度的智能高效检测提供帮助。

风浪流耦合作用下锚泊式海上试验平台的水动力特性试验

为了研究国家海洋试验场的“国海试1”平台与锚泊优化方案是否满足设计要求,采用物理模型试验方法,制作1∶30试验平台模型,在国家海洋技术中心海洋动力环境实验室开展百余组不同波高、波周期、波向的不规则波、定常风和等效均匀流联合作用下,两点式躺地链系泊状态下的模型运动响应研究。对比分析试验结果与对应试验平台的设计指标,结果表明:同样海况下,风浪与潮流同向时,试验平台的运动响应更剧烈;流速1.14 m/s、4级海况时,试验平台最大横摇角为10.41°,“国海试1”平台无法开展正常的吊装工作;流速1.14m/s、6级海况时,试验平台最大横摇角为15.07°,“国海试1”平台搭载的试验测试设备无法正常工作;流速1.14 m/s、8级海况时,试验平台最大横摇角为20.21°,平台存在安全隐患,应采取避险措施;“国海试1”满足抗7级风浪的设计要求。该研究成果验证了改进后的国家海洋综合试验场“国海试1”平台满足抗7级海况的设计要求。因此,建议“国海试1”平台在6级海况下应停止试验作业,8级海况下应采取必要的避险措施。该研究为同类新型海洋平台水动力研究提供了参考。

波浪能转换装置控制技术的发展

从波浪能转换装置的类型及代表性装置阐述国外波浪能装置的发展现状,并对国内波浪能装置的发展进行说明;以当前最普遍使用的点吸收器为例,将功率最大化作为控制目标,从最优和次优的角度介绍经典控制技术及近年来提出的新型控制技术;根据波浪能转换装置研究现状,对未来波浪能转换装置控制技术的主要研究方向进行预测与分析,研究成果可为波浪能转换装置控制技术的进一步研究提供参考。

海洋复合管缆设计关键技术与挑战

海洋复合管缆是海洋资源开发的重要装备之一,广泛应用于海上油气开发、深海采矿、海上风电等。海洋复合管缆具有弯曲性能好、质量轻、强度高、耐腐蚀和耐高低温等优点,能满足海洋资源开发不断向深水进发的需求。然而,海洋复合管缆相较于传统均质管道结构设计更加复杂,力学特性和使用寿命的准确预测更加困难。结合相关规范对海洋复合管缆设计的常规方法进行介绍,并归纳总结海洋复合管缆设计中需要进一步考虑的结构优化技术、材料非线性问题、几何非线性问题和界面非线性问题(界面强度、界面疲劳、界面摩擦)等关键技术。研究结果可为海洋复合管缆的设计研究提供指导。

基于RANS/LES混合方法的三维L型弯管流场特性数值模拟

L型弯管是船用典型部件,可实现流体质量输运和热量交换等功能。由于弯曲段曲率的影响,其内部流动十分复杂。传统的雷诺平均方法(RANS)无法模拟弯曲段的复杂流动,而大涡模拟方法(LES)则计算量太大。为此,采用RANS/LES混合方法对经典L型弯管进行数值模拟研究,该方法在近壁面区域采用RANS方法,在湍流核心区采用LES方法,不仅可保持模拟精度,而且网格需求量较低更适用于工程应用。针对商软中的2类RANS/LES方法——脱体涡方法(IDDES)及应力混合涡模拟(SBES)方法,比较分析其在L型弯管内部流场仿真方面的优劣,并同时考虑流向曲率修正的影响。结果表明:SBES方法对弯管内二次流(迪恩涡)的预测能力优于IDDES方法,且曲率修正模型可进一步改善SBES方法的仿真结果。

某船桁架式综合桅强度、刚度和振动计算分析

为研究某海洋科学综合考察船的桁架式综合桅的强度、刚度和振动性能,采用有限元软件MSC PATRAN/NASTRAN,建立综合桅结构及局部船体结构简化模型,根据《水面舰艇结构设计计算方法》有关载荷要求,对该桅体强度、刚度和振动进行有限元计算分析,结果表明该综合桅的静、动力性能满足要求。证明桁架式综合桅计算分析及其边界条件的简化选取方法具有一定的普遍意义,可供相关设计人员借鉴。

基于虚拟现实技术的船舶航行实景三维模型设计

为提升船舶驾驶人员及船员的船舶整体认知以及海况应对能力,确保船舶航行以及作业安全,设计基于虚拟现实技术的船舶航行实景三维模型。按船舶航行需遵循的物理定律以及原理,建立船舶航行运动姿态数学模型,并通过3Dmax构建船舶航行环境实体以及地形模型,利用PM海浪谱法构建海表面三维模型,而后通过Unity3D虚拟现实仿真软件驱动调整构建的三维模型,并对所构船舶三维模型采用改进混合包围盒法实施碰撞检测,把地形以及海浪等实际数据信息融入到导入的模型之中,仿真模拟船舶航行实景,实现人机交互。实验结果表明,基于虚拟现实技术实现的船舶航行实景三维模型,可较为真实模拟船舶航行实景,为确保船舶航行以及作业安全提供可靠参考与保障。

船用环保型爬壁喷漆机器人的设计及应用

为提升船舶外板的喷涂作业效率,解决喷涂过程中因漆雾和挥发性有机化合物(VOCs)的产生而造成环境污染的问题,设计一种自带VOCs和漆雾回收模块的爬壁式喷漆机器人。介绍该爬壁式喷漆机器人的结构和工作原理并对其进行受力分析,防止机器人作业过程中发生打滑和倾覆的失效形式,同时采用Maxwell软件针对永磁体与工作壁面之间的间隙大小对吸附力的影响进行仿真分析。通过Adams虚拟样机仿真软件分析并制作该型机器人样机,开展验证试验。结果表明,该爬壁式喷漆机器人能以稳定姿态在船舶外板上喷漆作业,具有VOCs和漆雾回收功能。

基于可视化技术的船体制造数据管控方法

为解决传统船体建造过程中存在生产数据记录与管理混乱、生产数据分析不深入,工作人员缺乏现场有效的决策支持与生产指导等问题,通过以制造阶段为导向对船体制造数据流的分析,构建相关工序的指标关系模型与船体制造数据库;基于Echarts、three.js等可视化技术与B/S架构将船体产品模型及指标模型集成到船体制造管控系统,实现产品模型信息与数据模型信息的统一呈现,以及船体制造数据的查询、修改、录入等功能,达到辅助管理人员现场生产决策的效果。

海水对UUV WPT系统的影响及耦合机构的补偿研究

针对水下无人航行器(UUV)无线电能传输(WPT)系统的效率和稳定性问题,建立了水下WPT等效电路,并对其工作原理进行了数学推导和分析。以此为基础研究了海水环境对WPT电路性能的影响机理,推导出了WPT系统在海水中的传输功率及效率模型。由于在海浪和海流等水下外界干扰下电能传输机构的收/发端均会产生偏移,从而影响系统电能传输的稳定性和效率。为减小影响,分析了4种典型拓扑补偿电路结构,并给出了最优补偿电路选取原则。最后,在MATLAB平台进行验证,结果验证了数学推导的正确性以及补偿电路设计的有效性。研究结果可为类似水下无线供电系统的设计提供借鉴。

基于深远海装备智能化发展趋势的标准体系思考与建议

以新型传感器与物联网、大数据与人工智能、虚实融合等为代表的新一代信息技术,正以前所未有的强度,引发各个行业的技术变革,催生新的产业状态、运营模式。对深远海装备在新一代信息化技术赋能下的发展趋势与动向进行分析。结合国内外智能船舶标准化现状,对深远海装备智能化标准体系的总体框架与系统构成进行构想。在此基础上,给出标准化发展建议,以期为深远海装备智能化发展提供助力。

Vista级邮轮机舱区域火灾模拟及人员撤离分析

以某Vista级邮轮机舱区域为研究对象,通过对典型场景下邮轮人员的撤离过程进行分析,建立机舱区域的空间模型,开展试验场景下的人员疏散分析。采用PyroSim软件对邮轮火灾疏散过程进行模拟,并基于IMO疏散指南的相关规定,对机舱区域的疏散过程开展分析。结果显示,当邮轮因机舱区域火灾而执行安全返港程序时,可以保障人员安全撤离。

耙吸式挖泥船全作业周期能耗分析

基于珠三角航道疏浚项目中某耙吸式挖泥船的日志数据,从全作业周期的角度分析挖泥船主要能耗的分布特征和变化规律,通过Spearman相关性分析给出船舶航行阶段各能耗影响因子的权重。研究结果显示,航速对船舶能耗的影响最大(权重最高达80%),其次为船舶吃水,水流对船舶能耗的影响最小(权重占比为6%~18%),故节能研究应重点围绕降低船舶航速对能耗的影响。该研究可供后续耙吸式挖泥船节能研究参考。

仿真技术在船舶舱室单元生产线设计中的应用

采用流水线模式生产船舶预制舱室单元正越来越受到关注,但目前针对其生产线设计方法的研究较少,为了改进流水生产线设计方案,提高生产力,本文开展仿真技术在舱室单元流水生产线设计不同阶段中的应用研究。首先在工序规划阶段运用遗传算法模块优化生产工序,其次在布局设计阶段基于仿真试验模块求解最佳库容,最后在方案比选阶段通过模拟复杂生产系统运行输出关键指标。研究结果表明,仿真技术在能为流水线工艺和布局设计提供有力支撑,对工程设计具有应用价值。

《香港公约》规则解读与影响分析

为了帮助船舶业界实施《香港公约》,对《香港公约》规则要求,以及国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)和国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO)制定的相关配套实施文件进行梳理,对《香港公约》对当前船舶有害物质控制以及拆船厂的可能影响进行分析,并提出相应建议。研究成果可为船舶业界实施《香港公约》提供一定参考。

基于空程和方向的船体装配线划线路径优化

为解决复杂船体装配线划线路径优化时精度低和收敛速度慢的问题,进而提高数控划线枪的作业效率,提出了基于空程和方向的船体装配线划线路径的调参免疫优化。首先以装配线的划线顺序和划线方向建立目标函数;然后借鉴凸透镜虚实成像原理设计了新免疫优化算法,基于进化代数和种群浓度自适应调节交叉和变异概率,并引入疫苗操作实现了船体装配线划线路径求解;最后基于马尔科夫链理论证明了免疫优化算法的收敛性。六组高维函数测试结果表明,与遗传算法、免疫遗传算法和自适应改进遗传算法相比,所提算法实现了100%寻优,且最小收敛代数、平均收敛代数、迭代代数标准差分别平均减少了29.63%、28.96%和18.33%。四种船体结构的装配线划线路径优化测试结果表明,相比起其他三种算法,所提算法的路径规划性能最佳,其最小值和平均值分别平均减少了1.38%和2.39%,平均收敛代数和迭代代数标准差分别平均减少了17.19%和13.08%,从而进一步验证了船体装配线划线路径调参免疫优化的有效性和优越性。

内外流作用下深海悬垂取水管动力响应的模型试验

研究内外流对大直径、内流流速高的深海悬垂取水管道动态响应的影响,对实际工程中的取水管道应用提供参考。基于小尺度模型试验,分析内外流作用下管道的动力响应特性,以及顶部连接方式和底部配重块对其响应的影响规律。结果表明:涡激振动响应的主导模态和主导频率主要取决于外流流速,内流流速的变化对主振频率无明显影响,但会增加管道向高阶模态转换的趋势。外流增加会导致P1管道的振动响应从单一模态转向多模态参与,且涡流脱落与固有频率之间的“锁定”和模态转换现象更明显。当存在外流时,管道的位移振幅大小主要受到外流流速影响。外流参与会增加运动的周期性,但随着外部流速增加,取水管道因涡激运动从单一频率的振动转变为复杂的多频率振动,导致运动周期性逐渐减弱。顶部固定的管道底部位移振幅均方根值更大。低外流流速时,管道配重显著影响了管道的振幅,特别是当配重占据管道自重的50%及以上时,振幅的变化与无集中质量时存在明显差异。研究成果在优化内外流条件下悬垂式取水管道的理论模型方面具有显著意义,可为实际深海浮式取水管道的设计与工程实施提供一定参考。

深海取水管在内外流作用下的动力性能

深海取水管道是一种大长细比、高内流流速的悬垂吸液管道,模拟取水管的真实工作状态,研究在内外流作用下的管道动力性能十分必要。基于小尺度模型试验,研究内外流对管道的动力特性影响。结果表明:大部分工况下,内外流共同作用引起的管道振动幅度和频率主要受外流影响;内外流共同作用下,内流流速增加会导致位移振动主频略微降低,顶部张力增加,管道应变响应减小,但其对振动的应变主导阶数影响较小;管道顶部连接方式、底部配重、浸没水深都会影响管道在内外流作用下的涡激振动特性,即顶部铰接相较于固定连接更容易激发管道涡激振动横流向的高阶模态振动,底部配重在小外流流速下会使管道振动幅值降低,在大外流流速下会使管道振动幅值增大,激发横流向高阶主导频率跃迁,浸没水深增加会使管道振动主导频率降低。研究成果可为实际工程项目中深海取水管的设计提供参考依据。

一种求解船坞空间调度问题的混合元启发式算法

针对船舶制造行业具有复杂时空约束的船坞空间调度问题,提出一种集成启发式算法和元启发式算法的混合算法框架及其具体实现方式,包括基于最左最下规则的带时间戳启发式算法,在最左最下规则的基础上引入时间变量,以贪心的方式快速构建可行解;求解最优船段调度序列的遗传算法,利用遗传算法对输入序列进行全局搜索,寻找可能的最优输入,以改善启发式算法解决问题时对输入序列过度依赖的情况。并采用某造船厂某季度真实数据进行试验,结果表明:所提算法在总延迟时间和最大完成时间这2个评价指标上优于其他2种基于规则的启发式算法。