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。

一种基于约束模型试验的船舶排水量测量技术

文中针对不同浮态下船舶排水量的测量,提出一种基于约束模型试验的船舶排水量直接测量技术。首先,给出了基于约束模型试验的船舶排水量测试仪器的装置组成和测试原理。接着,对三种典型模型进行了排水量测量试验,并将试验结果与理论结果进行了对比分析,结果高度吻合,说明该装置能够以较高的精度完成船舶排水量的测量。因此,该装置可以作为一种船舶设计时确定船舶排水量的补充方法。

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。

弹性桨-轴系统建模与计算方法研究

弹性桨-轴与流体产生的双向流固耦合效应,显著改变了推进系统振动性能。现有研究分别针对桨叶和转轴弹性采用分离模型进行,即:流体-弹性桨与流体-刚体桨-弹性轴模型。而在实际工况中,转轴由于发生振动,使弹性桨入流条件与忽略轴系振动时的差异很大;另一方面,现有分离模型在预报时,是基于流体在桨叶振动平衡位置处界面力学关系开展的,未能真实反映流体在振动桨叶物理表面行为特征,难以满足桨-轴系统振动特性准确预报的现实需求。该研究拟针对流体-弹性桨-轴复杂系统双向流固耦合问题,基于精确的振动桨叶表面流体界面力学关系,建立弹性桨-轴双向流固耦合一体化模型并发展一套高效高精度稳定数值算法。结果表明,船舶研究者需建立流体-弹性桨-轴一体化模型,以重新评估附加质量/阻尼及轴承处激励力。建立的模型与算法和得到的结果可为低速水下航行器声振性能设计和评价提供理论和技术支持。

基于ABAQUS的破损船舶静稳性曲线直接计算法研究

本文提出了一种基于ABAQUS的破损船舶静稳性曲线的直接计算方法。以典型趸船为例进行,计算了其第一类破舱的情况,并与解析方法所得结果进行比较,验证了该方法的可行性和准确性。

螺旋桨直径削边振动分析软件开发

为研究螺旋桨直径削边各关键参数对振动特性的影响,开发螺旋桨直径削边振动分析软件。利用有限元理论,基于Qt平台,结合MATLAB与ANSYS相关模块混合编程完成开发。以4382桨为例进行模态频率的数值预报,并与文献结果对比,误差不超过6.0%,证明该软件的程序和计算结果可信。该软件可为确定船-机-桨匹配下的振动特性最优的螺旋桨直径削边方案提供理论指导,具有良好的工程应用价值。

艉轴架振动固有频率快速估算软件开发

为实现艉轴架振动固有频率这一重要参数的快速估算,需要开发1款艉轴架振动固有频率快速估算软件。该软件依据《水面舰艇结构设计计算方法》中所给出的艉轴架振动固有频率计算经验公式,使用QT软件和MATLAB软件进行界面设计与核心求解器的编写。基于开发的软件系统,总结了不同船体参数变化情况下,艉轴架振动特性的影响规律。发现影响单臂艉轴架振动固有频率的影响因素主要为轴架臂长度以及轴架剖面的平均惯性矩;影响双臂艉轴架的主要参数为轴架臂长度、轴架臂横剖面积以及轴中心线与轴架平面的夹角。研究成果为艉轴架设计时参数的选取提供了参考,体现了该软件在艉轴架振动固有频率快速估算方面的实际价值。

一种船用推扭传感器设计及研究

设计一种船用推力扭矩测量传感器,分析其推扭特性,并制作传感器实物进行标定完成验证。分析传感器设计原理,重点阐述如何避免推扭干扰问题,在Workbench中用数值仿真方法计算推力-应变、扭矩-应变曲线,判断其线性度。同时加载推力和扭矩,分别与单独加载力或扭矩对比,分析其推力扭矩干扰特性。制造传感器,粘贴应变片,以实物标定方式验证传感器设计可行性。

基于阻力图谱的船舶快速性教学系统开发

以V形高速艇为研究对象,在船长固定基础上,改变船宽(3组)、斜升角(3组)、排水量(3组)和静倾角(2组),得到54组不同工况,选择合适缩尺比加工模型,完成船模阻力试验并按照二因次换算法得到实船有效功率,通过线型插值得到以该艇为母型船的阻力图谱。学生自主输入船型参数后通过阻力图谱获取有效功率,输入推力减额、伴流分数、相对旋转效率、传动效率等参数,选定主机功率和额定转速后预估设计航速并完成螺旋桨设计,得到螺旋桨直径、盘面比和螺距比等参数。以VB语言为工具对AutoCAD进行二次开发,完成螺旋桨叶剖面参数表和桨叶轮廓形状图绘制。该基于阻力图谱的船舶快速性教学系统将阻力性能、推进性能、船机桨匹配等知识点有机融合,作为课堂教学的辅助软件,可促进学生对船舶设计知识体系的理解,提升学生的思考能力和创新能力。

“船舶设计原理”课程教学内容分析与思考

"船舶设计原理"是"船舶与海洋工程(081901)"本科专业教学的核心课程,该课程具有"融会贯通"的基本特征。是在汇聚船舶制图、船舶静力学、船舶推进、船体阻力、船舶操纵与摇摆、船舶强度与结构设计、船舶建造工艺等诸多专门知识的基础上,形成的一门综合应用知识的课程,是船舶整个技术历程包括设计、建造、营运和拆解中贯穿实践知识的课程。本文在分析国内已有教材内容的基础上,提出了"船舶设计原理"课程所涉及的基本共性内容及其相应的知识点,形成"船舶设计原理"课程教学的基本知识架构。

基于参数化建模的螺旋桨直径削边振动分析

螺旋桨经历不同运行工况后,常出现负荷过重或断裂情况,使得船-机-桨不能处于最佳匹配状态。为解决这一问题,常使用直径削边技术改造螺旋桨几何,使船-机-桨重新正常匹配。现有研究未考虑直径削边对螺旋桨振动特性的影响。本文利用有限元法,融合Matlab编程技术、Ansys二次开发技术,开展直径削边对有/无侧斜螺旋桨振动特性影响的研究,揭示关键参数对切割前后螺旋桨振动规律的影响机理,为寻求船-机-桨匹配下振动特性最优的削边方案提供理论指导。

“船舶静力学”课程教学内容的分析与思考

"船舶静力学"课程是"船舶与海洋工程(081901)"专业本科教学的基础性专业核心课程。课程目的是培养学生完成船舶在静力载荷或等效静力载荷作用下的浮性与稳性的分析能力,其内容涉及流体静力学、理论力学、微积分、数值方法等多个方面。为了建设新时代"船舶与海洋工程(081901)"专业的课程体系,作者对国内设置船舶与海洋工程类高校课程教材内容进行了对比和聚类分析,并据此确定了"船舶静力学"课程的基本共性内容。这些共性内容主要包括船体几何描述、流体静力学、船舶浮性、船舶稳性、船舶静水力资料、重物的状态改变、自由液面、进水与破舱等八个方面。在上述分析的基础之上编写的课程讲义或教材,有望取得更好的教学效果。

桨叶弹性对螺旋桨轴承力影响及计算方法研究

螺旋桨水弹性问题研究对于船舶减振降噪及水弹性力学发展具有重大意义。该研究围绕螺旋桨流体激励特性开展流固耦合机理与计算方法研究。提出了一种基于时域面元计算刚体桨非均匀流中旋转所受流体力、频域面元计算弹性桨均匀流中振动所受流体力、有限元求解结构动力学的弹性桨双向流固耦合非定常水动力预报算法——时域/频域面元-有限元法,可克服频域面元-有限元法非线性伯努利方程难处理及时域面元-有限元法低效率问题。研究表明:桨弹性效应特别是流体附加阻尼在桨-轴-船系统减振降噪设计中应予以足够重视;空间不均匀来流下弹性桨轴承力计算可在平衡位置表面施加不可穿透条件。该方法和结果可为低噪声桨-轴-船系统设计提供必要的理论参考。

一种考虑自由液面的船舶静稳性曲线修正方法

本文首先提出了一种考虑自由液面影响的船舶静稳性曲线直接计算法。该方法基于船体湿表面上静水压力合矢量的直接计算,对液货在大倾角时形状改变所导致的全船重心位置偏移进行直接分析。接着,基于自编软件HUST-stability完成了对含液舱趸船的大倾角稳性计算,证明了该方法的可行性。最后,通过与商用软件Maxsurf计算结果的对比,验证了该方法的准确性。

基于数值仿真的螺旋桨盘面比对船舶自航因子影响分析

以KCS船和KP505桨为对象,按照一定缩尺比完成三维模型建立、网格划分、边界条件设置并进行流场求解,将数值计算结果与已有试验结果对比,验证数值计算的准确性。按照已通过验证的数值计算方案对该KCS船完成不同盘面比螺旋桨下自航计算,结果表明在不同盘面比螺旋桨作用下船体阻力变化不显著,推力减额变化不显著,但总推进效率随着桨盘面比增大呈减小趋势。

“船舶流体力学”课程教学内容的分析与思考

“船舶流体力学”是船舶与海洋工程(081901)本科专业的专业基础课程之一。以面向行业需求为抓手、以夯实流体力学基础为根本,结合课堂教学实践,文章对国内已有船舶流体力学教材内容进行分析,在此基础上提炼出“船舶流体力学”教学所需解决的核心问题,并就“船舶流体力学”教材大纲编写提出初步建议。明确了“船舶流体力学”课程的定位,厘清了船舶流体力学与相关课程的关系,有助于提高“船舶流体力学”课程及后续专业核心课程的教学效果。

螺旋桨随边削边振动特性预报软件开发

由于螺旋桨几何曲面复杂,为实现随边削边几何建模与振动分析功能,该文开发了一款通用的螺旋桨随边削边振动特性快速预报软件。采用有限元法、基于QT平台,结合MATLAB程序语言与ANSYS模块功能完成了螺旋桨随边削边振动分析软件的开发。基于该软件,对4383桨前五阶固有频率数值进行了求解与分析,结合参考文献数据发现相对误差均在5%以内,证明该软件程序和计算结果的正确性。该软件使用方便、运算快速,具有良好的工程应用价值,为实现螺旋桨随边削边后船-机-桨合适匹配提供了新的分析途径。

水面舰艇振动固有频率快速估算软件开发

为实现船体振动固有频率这一重要参数的快速估算,开发出一款水面舰艇振动固有频率快速估算软件系统。本软件以QT和MATLAB为开发工具,可进行船舶水平和垂直方向振动固有频率快速估算。基于该软件,分析了船体最大宽度等参数改变时对船体垂直方向与水平方向振动固有频率的影响规律。发现船体二阶振动固有频率随船体最大宽度的增加而增加,且成一次函数的关系。舯剖面型深对船体振动固有频率的影响较小。随着船体吃水的增加,船体垂直方向振动固有频率增加,船体水平方向振动固有频率减小。研究成果为船舶设计初期参数的选取提供了参考,体现了该软件在船体振动固有频率快速估算方面的实际价值。

基于参数化建模的螺旋桨随边削边振动研究

[目的]工程上常采用随边削边法解决因负荷过重所导致的船-机-桨不匹配的问题。针对工程中常使用的随边单边切割法,开展基于参数化建模的螺旋桨随边单边削边振动研究,探究随边削边对螺旋桨振动特性的影响。[方法]选取DTMB4381,4382及4383等型桨为研究算例,结合Matlab编程技术与ANSYS二次开发程序得到不同随边单边切割量对螺旋桨振动特性的影响规律,并分析对应影响规律产生的不同原因。[结果]对于无侧斜的4381桨,其固有频率随随边切割量的增大小幅增加,而模态振型变化不大;对于有侧斜4382及4383桨,随边切割量增加,其固有频率变化规律与无侧斜的4381桨基本相同。[结论]侧斜不会改变螺旋桨在不同随边单边切割量下的振动特性规律;随着随边切割量的增加,两种桨形削边后,固有频率变化率均会明显提升,且在高阶时增幅更为明显。对应的二次开发计算程序可在实际工程中帮助相关人员从振动特性的角度选取最优削边方案,为削边方案的设计和改良提供理论依据和指导。

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。