面向船舶与海洋工程专业的工程伦理课程教学改革

本研究旨在探讨如何改革船舶与海洋工程专业的工程伦理课程教学手段,以提高学生的实践能力、培养创新能力、强化职业道德,增强社会责任感。研究结果表明,采用多种教学手段可以更好地实现课程改革的目标。例如,可以采用多媒体教学、邀请校外专家开展联合讲座、进行案例研究和论文写作等教学形式,以提高学生的实践能力、激发创新能力、强化职业道德,增强学生的社会责任感。

质量评价引导的学科建设资源分配机制探究——以船舶与海洋工程学科为例

以船舶与海洋工程学科为例,总结当前高等教育学科评价体系与资源投入分配机制的发展现状,分析现阶段执行学科评价与资源投入分配面临的技术与方法难题,并以此提出“双一流”背景下构建学科质量评价引导的学科建设资源投入分配机制的措施,从而提高学科建设质量与资源投入效益。

极地半潜式海洋平台在不同环境载荷下的动态响应分析

北极地区拥有丰富的油气资源,在该海域进行油气资源的开发和利用具有巨大的发展前景,但也极具挑战性。当前海洋平台的设计规范并未充分考虑海冰的影响。北极海域存在无冰期和有冰期,为了实现平台全年在海上进行作业,需要联合考虑波浪载荷和冰载荷的作用。本文研究某半潜式海洋平台在波浪、平整冰以及碎冰不同工况下的动态响应,采用势流理论和莫里森方程计算波浪载荷,利用离散元方法求解冰载荷,使用细长体有限元的方法分析锚泊系统,通过非线性时域计算求解得出平台的运动以及锚泊系统受力。结果显示:相较于其他环境载荷,平整冰作用下锚链的张力最大;在较小的海冰厚度、海冰密集度和冰块平均面积下的碎冰区,平台的运动符合现行安全规范。本文的研究可为北极地区油气资源的安全开发提供参考价值。

基于自适应粒子群算法的船舶机舱双层布局优化研究

为提高船舶机舱的智能设计水平,提出一种针对于船舶机舱设备布局的智能优化方法。以某船机舱为例,通过分析船舶机舱设备对于机舱内部温度的耐受性、通风需求、以及设备自重对于船舶重心位置的影响,建立船舶机舱设备的分层评分机制,实现设备在机舱内部的分层布置。从设备系统群关系、流通成本、倾斜力矩、吊装需求等6个角度出发对机舱双层布局进行分析并建立数学模型,运用罚函数法处理约束条件,运用自适应粒子群算法求解该数学模型,得出布局方案并进行合理性分析。使用该方法优化之后,同一系统或邻接性较强的设备紧密布置,非邻接性设备分散布置,设备之间的流通成本降低约12%,吊装距离减少约100%,倾斜力矩之和降低约130%。结果分析表明,该方法能有效地解决船舶机舱的布局优化问题,可为解决类似的布局优化问题提供参考。

基于DEM-FEM法的碎冰区船舶冰致疲劳损伤分析

极地运输船在碎冰区航行时会不断与海冰发生碰撞,致使内部产生周期性损伤,加剧了船体结构的疲劳问题。为此,本文建立一种基于离散元-有限元(DEM-FEM)的碎冰区航行船舶冰致疲劳损伤评估方法。首先,根据实际海冰分布,构造出一种混合海冰模型和数值碎冰航道。利用离散元法(DEM)计算出船体-碎冰碰撞下的冰载荷时历。将冰载荷时历施加到船体上,利用有限元法(FEM)计算出各疲劳子工况下的热点应力时历。采用改进四峰谷值雨流计数法统计热点应力时历的应力水平,基于线性累积损伤准则的S-N曲线法计算出各热点总的疲劳损伤度。最后,将本方法的计算结果与LR规范算法的结果进行对比分析,验证该方法的适用性。本方法可为碎冰区航行船舶的冰致疲劳损伤评估提供一定参考。

船舶复杂曲板水火成形难度评价系统的开发及应用

为解决船舶外板划分缺乏依据导致曲板加工成形困难的问题,开发船舶复杂曲板水火成形难度评价系统,并将其应用于实际船舶板件划分中。基于灰色关联分析法建立船舶外板成形难度评价模型,计算得到影响因素权重系数矩阵和曲板难度系数矩阵。基于VB.NET平台开发船舶复杂曲板成形难度评价系统,使其能与船舶常用设计软件Tribon连接,快速得到不同曲板的型值数据等;设计该评价系统的功能模块,提供简单直接的可视化界面,使其能快速地计算出不同船舶外板的预计加工成形难度。该系统能计算不同类型曲板的成形难度,对船舶外板加工成形难度进行合理量化,为设计人员进行板件划分提供参考。

船舶起重机主辅臂分级补偿的虚拟约束控制策略研究

在海上起重机作业过程中,转运载荷因恶劣海况的移动会对附近工作人员造成危险,或者可能会对载荷本身或周围环境造成损害。起重机的欠驱动、非线性系统、有效载荷的稳定控制是一项具有挑战性的任务,现有货物转运升沉补偿装备存在结构复杂、补偿范围有限、造价昂贵等局限性。针对这种状况,提出了一种3自由度悬臂补偿机构,结合主辅臂补偿算法实现货物的转运补偿。对恶劣海况下起重机系统转运影响进行仿真分析,并搭建基于3自由度悬臂补偿机构的船舶起重机运动学及动力学模型,通过分级补偿控制,实现摆动补偿。仿真结果表明:提出的新型补偿机构能够显著提升恶劣海况下船舶起重机吊物平稳性,补偿率可达75%,扩大了船舶起重机可作业环境区间。

弹振响应对超大型船舶疲劳影响研究

超大型船舶由于弹振响应现象突出,在航行过程中更容易发生疲劳破坏。常规的梁理论法和准静态谱分析法都存在一定缺陷,无法准确分析弹振响应对船体结构疲劳的影响。本文为研究弹振响应下的疲劳评估问题及弹振疲劳的影响因素,在确定的工况和航速条件下,基于应力振型叠加法对某超大型矿砂船进行疲劳损伤计算,分析浪向角和短期海况对弹振疲劳的影响。结果表明:弹振响应使船体热点在高频段产生新的应力峰值,疲劳损伤度大大增加;弹振响应对疲劳的影响程度随浪向角和海况变化明显。本文结论对超大型船舶设计具有一定参考意义。

船舶建造工艺课程融入课程思政建设的探讨

《船舶建造理论与工艺》是船舶与海洋工程专业本科的必修课和主干课程。课程思政是从课程目标、课程设计与课程内容、课程评价等方面全方位让教学与思政教育有效衔接、有机融合,在传授理论知识的同时,通过工程实际案例,使学生了解掌握造船工艺的重要性,培养学生敬业、精益、专注、创新等“工匠”精神,让学生时刻牢记海洋强国的使命。

一种多段机翼水面起降地效无人机气动特性

为改善水面起降性能和气动性能,基于船身式机身、多段机翼和T尾融合设计思路,提出并设计了一种新型仿生式多段机翼地效无人机方案,采用N-S方程和K-Ω-SST湍流模型,详细研究了该型无人机在不同状态下的压力云图、压力系数及升阻特性。仿真结果表明,地效作用随离水高度的增加而减小,离水高度与平均几何弦长之比(高度弦长比H/c)接近1时,地效作用较为显著,无人机在离水高度0.2 m时,升力系数、升阻比分别提升21.91%和40.37%,阻力系数降低15.22%;对提出的多段机翼布局,地效飞行主要影响下表面压力系数和压力云图,下表面压力系数展向上由内向外正压增幅逐渐减小,弦向上前后缘附近压力系数较小,结合压力云图分析,地效对升力增幅的影响主要集中在中段和内段机翼下方区域;地效飞行可明显提高升力线斜率(H/c为1时提高了8.89%),迎角增加时升力系数增幅和阻力系数降幅均逐渐变大,升阻比增幅(H/c为1)在迎角2°后均达到26%以上;通过验证机的多轮水面起降和有、无地效飞行试验,证明设计方案具有优秀的气动性能和飞行性能,可为水质检测、水面地效运输、搜救侦察等提供应用平台。

仿生叶剖面厚度分布对螺旋桨水动力性能影响的数值分析

为进一步分析船舶螺旋桨几何特征的变化对水动力性能的影响,通过参数化的仿生设计方法改变叶剖面的厚度分布并采用SST k-ω湍流模型及Schnerr-Sauer空化模型对具有不同叶剖面形状的仿生船舶螺旋桨进行敞水特性和空化形貌的数值模拟。计算结果表明,合理设计仿生叶剖面的厚度分布可以在一定程度上提高不同进速下的效率和减少桨叶表面的空化面积,但随着仿生叶剖面的最厚点逐渐靠近导边,桨叶表面的空化发展也会提前发生。

船体表面海生物水下清洗机器人研究现状及关键技术进展

目前,船体海生物清洗多采用人工清洗,随着国内船舶维护保养需求的增加以及机械自动化技术的发展,利用清洗机器人替代人工作业成为必然趋势。清洗技术、表面吸附方式、爬壁行走及驱动装置、感知技术和路径规划是船体海生物清洗机器人的关键技术,其性能决定机器人清洗的效率及质量。文章概述了船体海生物清洗机器人的发展历程及其关键技术的研究进展。针对船体海生物清洗机器人表面适应性与清洗完成度低、灵活性差、环境污染和成本高等问题,指出今后船体海生物清洗机器人的发展策略。

水压人工肌肉驱动的串联式三自由度关节系统设计与试验

为满足当前水下作业任务的需求,促进水下作业技术装备的发展,基于水压人工肌肉的拮抗驱动原理,通过对模块化人工肌肉关节的结构优化设计和组合,模仿肩肱关节搭建了一种串联式三自由度机械关节系统。首先介绍了该系统的整体设计及工作原理;其次分析了模块化人工肌肉关节驱动特性并建立了模块化人工肌肉关节的AMESim仿真模型;最后搭建了系统试验平台,并基于LabVIEW测控平台,采集了关节各自由度在人工肌肉±2 MPa的充水压差下对应的转角范围。

管道机器人取能模块建模与几何参数仿真分析

管道机器人在工作过程中,受到线缆长度或蓄电池容量的影响,工作时间会受到限制。为了使机器人在管道内能够持续地工作,设计了一款能在管道内部将流体动能转化为电能的取能模块。叶轮在取能模块中起到将流体动能转化为机械能的作用,是整个模块的核心部分。针对不同参数的叶轮进行建模,并对叶轮进行CFD仿真分析。进而能分析叶轮在管道内部的受力情况以及叶轮形状等参数对于管道内部流场的影响。根据受力情况可校核叶轮的强度,并根据管道内部流场的变化进行叶轮的选型。

海上搜救打捞装备发展研究

搜救打捞是海上安全的最后一道防线,为国家综合运输体系建设、海洋经济可持续发展提供可靠保障;搜救打捞装备是履行海上人员安全、环境安全、财产救助、应急抢险打捞等公益性职责,保障国家海上物流供应链安全的重要支撑。本文从目标搜寻定位与探测装备、海上人命救助装备、海上环境救助装备、打捞工程专用装备四方面着手,全面梳理了国外海上搜救打捞装备的发展现状,以及我国海上搜救打捞装备的研制与应用进展。与国外发达国家相比,我国海上搜救打捞装备发展存在搜寻定位装备落后、海上人命救助能力不强、危化品处置能力较低、大吨位沉船打捞能力薄弱等问题。在进一步辨识海上搜救打捞装备发展前沿的基础上,提出了加大关键装备的研发投入、推动搜救打捞装备的升级迭代、强化科技创新能力以提升装备智能化水平、部署搜救打捞技术装备攻关工程、提供相应产业政策支持等建议,以期促进我国海上搜救打捞装备高质量发展。

面向自杀式无人机饱和攻击的海空跨域无人协同反制策略

针对海洋环境下反制自杀式无人机饱和攻击问题,文中研究了目标数量远超我方情况下的海空跨域无人平台协同反制策略,提出一种结合改进的遗传算法与联盟形成博弈的协同算法。首先根据海空跨域无人平台攻击特性与运动特性,结合最大最小策略设计代价函数;然后结合任务需求对遗传算法进行改进,对交叉和变异过程进行引导和限制,在提升遗传算法效率的基础上生成可行的反制方案;最后设计联盟形成规则,通过联盟之间的成员变动使各联盟达到纳什稳定状态,在算子数量较多的情况下仍能使反制方案被持续稳定优化。仿真对比实验表明所提策略具有可行性和优越性,能在目标遭受饱和攻击时提供合理高效的反制方案,可为大规模跨域无人集群作战研究提供参考。

考虑弹性误差的渐开线圆柱齿轮半解析接触模型与传动精度分析

在弹性和误差作用下,齿轮接触的高效、精准建模是研究齿轮传动精度的重要基础。为准确分析渐开线圆柱齿轮的弹性和误差对传动精度的影响,提出了一种考虑弹性误差的齿轮半解析接触模型。以渐开线斜齿圆柱齿轮为例,首先,结合齿轮的齿面方程与齿廓误差建立误差齿面模型,得到了误差齿面方程。然后,将解析法和有限元法相结合,建立了弹性误差作用下的齿轮半解析接触模型,并推导了其变形协调方程和力平衡方程。最后,建立齿轮的完整和局部有限元模型,通过提取接触齿面的柔度矩阵来计算齿轮的传动误差。应用所构建的半解析模型分析了齿廓误差和弹性变形对齿轮传动精度的影响规律,并与有限元仿真结果进行对比,验证了该半解析模型的高效性和精准性。研究结果可为渐开线圆柱齿轮在工程中的应用提供理论指导。

基于层次分析-模糊综合评价的线上课程质量评价研究

随着“互联网+”时代的到来,纯线上教学和线上-线下混合式教学已成为高等教育教学模式发展的新趋势,也是近年高等教育教学改革研究的热点。为淘汰“水课”,国家大力打造线上“金课”,期望起到标杆和导向作用。如何对线上课程教学质量进行全面、科学的评价则直接关系着提升线上课程质量、甄别线上课程含金量以及更好地发挥金课的“标杆”作用。该文以学生为中心,突出学生评价主体地位,考虑目前我国主流慕课平台的发展现状以及线上课程教学特点和规律,采用AHP层次分析法构建一套较全面、合理的线上课程质量评价指标体系,同时结合模糊综合评价法对线上课程质量进行量化评估。其成果可为高校或者广大教师进行线上课程质量评价提供理论支撑和指导建议。

扇形涡轮过渡段流动特性及改型特征

为了探讨某扇形涡轮过渡段的气动性能,本文进行了互补互证的数值与试验研究,分析扇形过渡段内损失的区域以及原因。通过采用试验和数值模拟方法,结合经验公式对过渡段型线进行改型设计并进行周期性数值模拟,对原型扇形涡轮过渡段进行了研究,分析了扇形过渡段中损失的主要来源。结果表明:0.07Ma、0.14Ma时扇形涡轮过渡段损失主要在机匣两侧,其余马赫数时在端壁摩擦和流动逆向压差共同作用下使损失区域向支板与左右端壁的中心靠近,周期性模拟时出口面损失区域位于支板后中心区域。本文发现不同型线模型拥有不同的流动过程,等压梯度型线先快速扩压后缓慢扩压的扩压流动方式能有效降低过渡段损失,损失相较于原型减小。

基于错位叠加法的同步液压马达冲击故障成分的降噪提取

同步液压马达经常工作于高负载条件下,对其进行在线故障监测可有效避免严重安全事故和经济损失。为提高故障监测的准确性,提出了一种基于改进的错位叠加法的同步液压马达故障成分自适应降噪以及提取方法,并以同步液压马达的齿轮磨损状态的声信号为对象进行了研究。实验表明,该方法对同步液压马达齿轮磨损状态的冲击故障成分具有良好的降噪和提取效果。