基于RGB-D深度图像的船体板架非结构面模型重建方法

[目的]为准确、快速地重建船体板架非结构面三维形状,便于船体结构变形的高精度高效率测量,设计一种基于RGB-D深度图像的模型重建方法。[方法]首先通过随机抽样一致性算法与最小二乘法相结合的方式剔除点云集中的异常数据,再利用RGB彩色图像棋盘格标靶位置信息对结构多视角点云进行配准;其次将结构物面进行区域网格划分并对点云进行聚类,运用最小二乘法原理对每个网格点云子集进行空间曲面拟合,实现点云融合,在此基础上采用高阶面元实现船体结构外板表面的三维重建;最后,通过试件重构模型与激光扫描点云进行对比,验证模型重建方法的精确性。[结果]结果显示,试件三维重构模型较激光扫描点云随机点的均方根误差为1.02 mm,建模精度满足船舶建造工程需求,同时结构RGB-D深度图像数据获取时间相比于激光扫描可忽略不计。[结论]研究表明,提出的模型重建方法能够准确高效地完成船体板架非结构面三维重构,为船体结构变形测量提供了有力的数据支撑。

局域共振船体板架超结构低频隔振特性研究

声学超材料独特的亚波长带隙特性使其在船舶工业低频减振降噪领域呈现广泛的潜在应用价值。针对船舶机械设备低频振动和噪声控制问题,采用Solid-Shell多物理场耦合有限元法研究局域共振船体板架超结构弯曲波传播特性,分析船体板架超结构弯曲波带隙机理与减振特性,研究局域共振子的宽度与高度、面板厚度对弯曲波带隙特性与减振特性的影响。研究结果表明,相比典型船体板架结构及阻振质量船体板架结构,局域共振船体板架超结构在低频范围内存在弯曲波带隙,显示出优良的低频隔振性能,可以有效隔离船舶机械设备低频振动激励源。

船体板架纵骨错位对焊接变形及应力的影响

在船体板架的焊接工序中,由于制造误差产生的纵骨错位问题对焊接过程及焊接质量产生不利影响。以典型船体板架为例,在纵骨强制对齐的基础上采用顺序耦合的热弹塑性有限元法对其焊接过程进行数值仿真分析,研究纵骨错位量对焊接变形和应力的影响规律。结果表明,随着错位量的增加,错位纵骨两侧板格焊接变形分布的不对称性逐渐增强,左右两侧板格变形差值最大可增加3.7倍,且当错位量一定时,外板厚度越小纵骨错位的影响越大。此外,纵骨强制装配产生的应力与板架焊后残余应力均随错位量的增大而增加,当错位量为10 mm时,残余拉应力与压应力分别是纵骨未错位情况下的4.4倍与4.9倍。

船体板架-模型冰碰撞模型试验与数值仿真

船-冰碰撞时船体的结构响应是极地船舶结构安全性研究的关键问题。制备非冻结模型冰、采用合理的缩尺比构建船体板架模型、基于合理的监测方法进行模型试验,试验完成后通过数据处理对结果进行分析;再利用相同的结构模型参数进行数值仿真,对比2种船冰碰撞研究方法。结果表明:各测点最大应力以及碰撞力吻合较好,验证了非冻结冰模型与板架力学模型的合理性,数据监测及处理方法的正确性以及所采用的数值模拟方法的准确性。

基于机器视觉的船体板架结构焊接坏点智能识别方法

为提高船舶制造工艺品质、提升船体整体安全性,以板架结构为研究目标,提出了一种基于机器视觉的船体板架结构焊接坏点智能识别方法。首先,在更新相机参数后,采集船体板架结构焊接处图像;然后,划分光线强度等级,采用不同阈值拟合增强图像视觉效果,提取焊接图像特征向量;最后,利用模糊C均值聚类推算不同焊接位置特征聚类度,利用支持向量机在高维特征空间探寻全局最优解,构建最优分类函数,从而识别焊接坏点。试验结果表明:该方法可以完整地识别出焊接坏点位置,识别精度与效率能够满足当前船体维护工作需求。

船体板架在水下接触爆炸作用下的破口试验

针对船体中常见的加筋板结构 ,在矩形方板上运用了 3种不同尺寸的 T型材 ,采用“井”字形和“ ”字形两种加筋形式设计了 4个板架模型 ,将模型四边刚性固定 ,在板中央放置炸药 ,分别对其进行了水下接触爆炸试验。爆炸作用下板架模型均以花瓣形破裂 ,产生大面积的破口 ,不同形式和尺寸的加强筋对板架的破坏程度具有不同的影响。通过对破口尺寸和形状的观测 ,分析了加强筋对破口长度的影响 ,提出了板架结构加强筋相对刚度 Cj的概念 ,描绘了不同尺寸加强筋在不同炸药量下对板架结构破口范围的影响。同时 ,对现有的水下接触爆炸作用下的破口长度估算公式进行了修正 ,给出了考虑加强筋影响的破口计算公式 ;经过比较 。

空中接触爆炸作用下船体板架塑性动力响应及破口研究

导弹或炸弹接触爆炸对船体板架的破坏作用 ,可分为初始穿孔作用和爆炸冲击波作用两部分 ,从而可将其破损看作早期穿孔和壳板的后续塑性变形两个阶段。为简化计算 ,将船体板架按照一定的等效原则简化为圆形板。第一阶段 ,该圆形板在中心产生初始穿孔 ;第二阶段 ,爆炸冲击波作用以冲量的形式作用在穿孔后的剩余板结构上 ,给板一个初始动能。剩余结构在该动能驱动下继续变形 ,动能逐渐转化为变形能 ,并最终达到平衡状态。通过假设一定的塑性变形模式 ,得到变形能与变形的关系 ,利用动量定理和能量守恒定理 ,建立了板架塑性变形的理论模型 ,得出了变形挠度的计算公式。通过接触爆炸试验 ,得出材料极限动应变的估算值 ,并以最大环向应变等于极限动应变作为板架径向撕裂的条件 ,得到破口半径的计算公式。利用上述破口计算方法 ,对某型驱逐舰的几个典型船体甲板板架在受到飞鱼导弹及 GBV-1 2型激光炸弹攻击时的变形挠度和破口尺寸进行计算。以实船在遭受空中打击时的战损事例和打靶试验数据进行比较后 ,证实该破口计算公式可用于船舶受空中接触爆炸作用下产生的破口估算。

接触爆炸载荷作用下船体板架破口大小的预测

在鱼雷攻击作用下,舰体结构会产生破口。将船体板架结构简化为交叉梁系结构,由交叉梁系结构的拉伸塑性应变满足断裂衡准时的塑性区范围来预测船体板架在接触爆炸载荷作用下破口的大小。将计算得到的结果与朱锡等加筋板架的试验数据进行对比,吻合良好。这表明力学模型选取合理,具有一定的工程实用性。

船体板架动力优化设计

在考虑同时承受静、动载荷的结构响应条件下，对船体板架进行优化设计，以求解决这类结构用设定频率禁区方法时出现的问题和适应结构对振动的要求，并给出了计算实例。

水射流冲击作用下船体板架动响应分析

水射流冲击是一个极为复杂的流固耦合问题。目前大多数计算模型都是基于一定的假设,例如流体不可压缩,结构为刚性体等。本文基于三维波动方程,考虑流场可压缩性,计及水弹性的影响,采用双渐进法对流场进行求解,采用Abaqus软件模拟板架结构在水柱冲击下的动响应,实现了流体与板架结构的耦合求解,并分别分析了平板和加筋板在水柱冲击作用下的动响应。数值研究表明,冲击区域的中心处受到较大的瞬态冲击,冲击速度改变了射流冲击载荷的大小,使冲击响应随着冲击速度的增加而增大。而板厚的增加改变了板的刚度,对射流冲击具有良好的抵抗作用。

船体板架固有频率的敏感性及实用计算方法

针对船体板架固有频率计算模型的特点，对影响板架固有频率的参数进行了分级，提出了板架固有频率对参数的有限差商敏感性（ＦＤＳ）概念，编制了进行有限差商敏感度计算、连续进行ＦＤＳ分析的程序（ＳＥＮ）。应用表明，该方法合理、可行、有效。

动力优化法设计船体板架的计算结果分析

对文献“船体板架动力优化设计”一文中船体板架动力优化的计算结果重新作了分析。在目标函数及优化变量选择方面得出了不同的结论。根据船体板架固有频率的特点, 提出了使其有效地避开频率禁区的措施。

动态有限元法在船体板架振动计算中的应用

该文通过直接求解轴向受载的均匀Timoshenko梁单元扭转振动和弯曲振动的运动微分方程 ,导出了考虑轴向力、剪切变形和转动惯量的平面板架的动态刚度矩阵的解析表达式 ,并用改进的二分法求解频率特征方程。经对处于复杂弯曲状态的船体板架振动的数值计算 ,验证了本方法的精确性和有效性。

船体板架固有频率实用修改方法及软件设计

提出一种基于有限元结构动力分析的船体板架固有频率实用修改方法，并进行了软件设计。该法适用于船体板架尺寸、激励频率不易改变的调频情况。

屈曲利用因子约束下船体板架结构优化设计方法

船体板架结构在屈曲约束下的优化问题具有变量多和约束多的特点,且屈曲计算需借助有限元分析,属于大规模耗时优化问题,运用常规优化方法求解需要较高的计算成本。这里提出一种适用于屈曲约束下船体板架快速优化方法,该方法利用板格屈曲利用因子具有局部性的特点,对板格厚度自变量空间进行降维处理;利用板格屈曲利用因子对板格厚度具有单调性的特点,采用牛顿迭代方法求解其达到目标值的板格厚度;同时比较板格在相同重量增量下,加筋叠加板厚与仅加板厚对屈曲利用因子改善程度的大小决定是否加筋;通过两阶段的迭代寻优,快速获得最优的板厚以及防屈曲筋布置方案。某油船双层底优化结果显示,该方法能够在30步之内完成优化计算,优化效率高;优化方案相比原始方案减重达17.63%,绝大部分板格屈曲利用因子取值在0.9~1.0之间,材料得到充分利用。

船体板架复杂弯曲有限元计算程序

本程序采用DJS-6机算法语言编写,考虑了纵向力对船体板架弯曲的影响,可以处理多种载荷分布形式、弹性约束等,亦可同时计算多种工况。计算结果由宽行打印机输出,提供各节点位移(挠度、转角)值及各单元端面内力值(弯矩、扭矩和切力)。计算表明,纵向力对内河船体板架弯曲的影响比较显著。不考虑纵向力的板架计算仅是本程序的特殊情况,本程序扩大了船体板架有限元计算范围。

基于EFSHD船体三维建模中板架制作技术的研究

船体三维设计软件的使用,使设计人员可利用计算机实现模拟造船,直接发现设计中存在的错误和问题,以便提高设计精度,减少差错。该文以沪东中华造船有限公司开发的EFSHD软件为平台,以8000t江海直达货轮为例进行船体三维建模设计。介绍了船体某分段的平面板架和曲面板架的建模方法,重点分析了船体曲面板架创建功能的多样性、快速性,提出了船体板架三维建模中应注意的几个问题;建模中掌握的一些操作技巧及注意事项可使整个建模过程流畅自如,并可供造船厂在生产中参考应用。

一种基于CATIA V6软件的船体外板板架三维生成方法

为提升三维环境下船舶外板板架的设计效率和精度,结合实际工程背景,建立一种三维软件中外板结构模型的设计生成方法,运用CATIA二次开发技术,简化重复性的建模工作和操作流程,在得到船体外板结构骨架的同时对骨材间距和外板板格进行自动检查,该方法使得设计者可在三维环境中对外板板架进行快速生成和修改,高效地完成船体外板结构的三维设计。

舷侧板架与冰体碰撞数值仿真及模型试验研究

文章利用数值仿真及模型试验两种方法对船体舷侧板架与冰体碰撞进行研究。首先建立了舷侧板架的缩尺比有限元模型,计算冰体碰撞载荷作用下板架结构响应;进而制作了与有限元仿真相同的舷侧板架模型,进行冰体碰撞模型试验,分别获得冰体对板架结构的碰撞力、板架应力分布、板架变形等结果,最后将试验结果与数值仿真结果进行了比较,两者基本吻合。研究结果揭示了冰载荷作用下船体板架结构的响应规律。

十字交叉梁模型的塑性动力响应计算方法

船体板架在水下爆炸载荷作用下的塑性动力响应计算是舰船抗爆性能研究中的一项重要工作,鉴于有限元法对其求解的计算效率无法保证,同时解析法对其求解有技术上的困难等研究现状,提出了一种将船体板架结构简化成刚塑性十字交叉梁,并通过动量定理和动量矩定理由运动方程推导出十字交叉梁结构中横向和纵向构件二者在关联处有力的相互作用时的变形挠度的计算方法。利用此方法计算所得的结果,与实船舱段的有限元模型结果,以及实船舱段的水下爆炸试验的数据进行对比后,吻合较好。结果表明,力学模型选取是合理的,用于水下非接触爆炸的舰船板架挠度变形计算方法不仅保证了计算效率,也保证了计算精度,具有工程实用性。