面向船舶吊装工艺安全评估的有限元快速建模方法研究

分段吊装是船舶建造中的一项重要工艺,为精准模拟船舶吊装作业过程中眼板结构节点的应力分布,在船舶吊装有限元强度计算时眼板区域需进行细网格计算.基于由几何方法添加辅助硬点并生成过渡单元的思路,提出了一种眼板有限元细网格快速生成方法.在粗网格的基础上,将眼板几何模型进行网格细化并根据布置位置与粗网格相连接.基于HyperMesh二次开发,编制了实用可靠的程序,提高了眼板的建模计算效率.

低硫条件下船舶主机缸套-活塞环磨损现状与应对策略

国际海事组织(IMO)的“限硫令”于2020年1月在全球范围内实施后,燃用低硫燃油(LSFO)成为许多远洋公司的主要选择。对多家远洋公司船舶主机燃用LSFO后的运行状况进行调研,发现缸套、活塞环等零部件存在异常磨损及故障显著增多的现象。将LSFO对船舶主机的影响以及其实际应用案例进行分析与总结,并针对燃用LSFO的主机所出现的异常磨损和故障现象提出应对策略。该研究有助于解决LSFO条件下船舶主机缸套和活塞环异常磨损问题的实际需求,希望进一步推动LSFO条件下缸套和活塞环异常磨损的机理研究。

考虑极地船舶航行风险的A^(*)路径规划算法

传统A^(*)算法没有考虑海冰带来的航行风险因素,无法直接应用于北极船舶路径规划。针对这一问题,引入极地航行限制评估风险指标系统(POLARIS)风险模型,通过分析网格化的海冰密集度和海冰厚度数据,建立北极通航风险模型,制作航行风险地图,从添加风险损失函数和优化启发函数两个方面改进传统A^(*)算法,提出Risk-A^(*)路径规划算法,实现风险和效率不同偏好下的最优航线规划。仿真结果表明:Risk-A^(*)路径规划算法在航线长度、穿过风险水域的数量等方面与传统算法相比具有较大的优势,可为船舶北极航行提供安全高效的路径。

远程控制船舶内河航行风险评价研究

针对远程控制船舶内河航行风险定量评价问题,提出了一种不确定性建模与船模航行试验相结合的风险评价框架,分为模型构建、量化和验证3个部分。在模型构建方面,模型节点来自内河环境、通信、岸端、船端和风险5个方面辨识的船舶远程控制航行风险因素,根据专家经验和航行试验对初始模型结构进行迭代修正,形成了远程控制船舶内河航行风险评价的贝叶斯网络模型;在模型量化方面,为量化父子节点之间线性或非线性关系提出了条件概率计算方法,在内河连续桥区开展船模航行试验,获取了部分根节点的先验概率、航行事故或险情,以及试验人员对航行风险的评价等数据;在模型验证方面,从情景分析、敏感性分析、对比分析3个角度对模型进行了验证。结果表明:在统计的40起航行试验案例中,触碰/碰撞事故占比最高,试验发现了新的失效模式,即控制冲突、程序错误、信号丢失等;构建的贝叶斯网络模型能够有效评价不同情景下航行风险水平,并辨识了与远程控制船舶内河航行风险相关的重要节点。研究结果可以为实现内河船舶远程控制作业模式提供理论依据,也为内河远程控制船舶航行安全提供研究思路。

导管螺旋桨瞬时尾部涡演化数值研究

导管螺旋桨是目前船舶的主要推进装置之一.导管可以减弱梢涡作用,提供部分推力.基于分离涡模拟方法,对导管螺旋桨的瞬时尾部流场及功率谱密度进行了计算,对比分析了导管螺旋桨瞬时尾部流场涡量、压强、动能的演化情况.计算结果表明,加速型导管增强了螺旋桨周围的周向流动,从而有助于回收涡流动能,提高推进效率;导管可以延迟梢涡收缩,减小收缩的程度,起到抑制梢涡的作用;尾部流场动能谱分析定量描述了尾部涡结构的演变,观察到尾部涡结构的分组与配对现象;导管螺旋桨在特征频率附近的动能谱振幅明显减小、衰减加快.

基于弹性连接的FPSO上部模块整体减振技术

[目的]针对浮式生产储卸油装置(FPSO)作业时上部模块的振动响应,为减少振动能量向船体的传递,同时改进上部模块与船体之间的连接,提出一种基于上部模块与船体弹性连接的整体减振技术。[方法]首先,利用弹性支座将上部模块与船体进行弹性连接,根据FPSO在作业海域加速度响应预报的极值来确定弹性支座的设计载荷和内部结构;然后,采用有限元方法分析弹性支座的受力与变形特性,并通过线性拟合获得弹性支座的等效刚度;最后,将弹性支座等效为线性弹簧,分别通过数值模拟和理论分析来研究模块结构的振动响应和弹性支撑系统的动力传递特性。[结果]结果表明:应用该减振技术之后,上部模块的减振效率高达30%以上,同时还可使船体取得良好的隔振效果。[结论]该研究成果可为海洋结构物上部模块的整体减振设计和应用提供参考。

基于结构声强法的离心式压缩机橇座振动能量传递特性

海上橇装离心式天然气压缩机集成度高,易产生振动故障。为探究振动能量在压缩机橇座中的传递特性,降低振动控制成本,将结构声强法应用于橇装离心式压缩机的振动控制研究领域。综合运用自编程序与有限元工具建立了压缩机橇座结构声强场分析模型,结合数据可视化技术,提出了橇座结构声强分析及可视化方法。应用该方法求解并可视化了橇座的结构声强场,研究了橇座中振动能量的传递特性以及机械能与结构声强的定量关系,确定了极限工况下振动能量在橇座中的主要传递路径、振源和振汇。针对精密设备敏感区域,提出了振动控制措施。研究结果表明,压缩机安装区域的结构声强幅值最大,振动能量主要转化为橇座的运动能,振动能量主要沿着橇座宽度和高度方向发散式传递。所得研究成果,在工程领域可为压缩机橇振动控制提供支持,理论方面亦可为板梁复合结构振动能量传递特性研究提供依据。

虚假数据注入式攻击下无人水面船舶自适应神经输出反馈轨迹跟踪控制

本文主要研究网络环境下无人水面船舶(Unmanned surface vessels,USVs)遭受虚假数据注入式(False-data-injection,FDI)攻击的跟踪控制问题.其中,内部和外部不确定以及输入饱和约束等实际因素均考虑在设计中.在控制设计过程中,为避免将船舶速度的攻击信号引入闭环系统,采用分类重构思想,构造一种新的神经网络(Neural network,NN)状态观测器,同时重构船舶速度和攻击信号.进一步,在backstepping设计框架下,利用重构的攻击信号补偿USVs运动学通道因虚假数据注入式攻击引起的非匹配不确定项.在动力学设计通道中,利用自适应神经技术和单参数学习法,重构由内部和外部不确定组成的复合不确定部分,进而提出自适应神经输出反馈控制方案.理论分析表明,即便在FDI攻击、内外不确定以及执行器饱和约束的情况下,所提控制方案仍能迫使USVs跟踪给定的参考轨迹.同时,仿真和比较结果证实了所提控制方案的有效性和优越性.

预处理+臭氧+AO+MBR组合工艺在船舶油污水处理的应用

船舶油污水的污染会对环境、生态系统、人类健康和经济造成严重的危害,需要采取有效的治理措施,本项目主体工艺采用预处理+臭氧+AO+MBR组合工艺处理船舶油污水,预处理工艺段消除油污水中大部分的石油类和硫化物,再利用臭氧氧化破坏油污水中的有毒物质,氧化并分解污水中难降解的有机物,有利于后续的生化反应;最后利用AO生化+MBR去除污水中的COD、TN、TP等污染物,使得COD出水为400 mg/L以下,COD去除率为85%,TN出水控制在30 mg/L以下,去除率在80%以上,TP出水在4 mg/L以下,去除率在60%,硫化物和石油类出水,分别可达到0.3 mg/L和1 mg/L以下,该出水指标优于当地《污水综合排放标准》(DB 31/199-2018)三类标准,可为国内同类项目工程应用可提供参考。

基于眼动追踪技术的引航员情景意识识别研究

情景意识(Situation Awareness,SA)缺失是引航作业人为失误的主要根源,有效识别引航员SA水平是保障引航安全的关键。针对现有测量方法的侵入性、主观性、间断性问题,设计典型场景引航模拟试验,利用眼动特征开展引航员SA水平识别研究。应用眼动追踪技术实时采集引航员的眼动试验数据;采用独立样本t检验和Mann-Whitney检验方法研究SA与眼动指标的关联效应;基于敏感眼动指标结合支持向量机(Support Vector Machine,SVM)构建引航员SA识别模型,实现引航操作任务下SA的有效识别。结果显示:高SA组的视觉搜索效率大于低SA组,高SA组主要关注窗外视景而低SA组更多关注电子海图,高SA组比低SA组获取信息的能力更强;平均扫视次数(Average Saccade Count,ASC)、注视总时间百分比(Fixation Duration Percentage,FDP)、平均注视持续时间(Average Fixation Duration,AFD)3个眼动指标与引航员SA水平具有显著相关性;采用“ASC+FDP+AFD”组合指标时且在5 s时间窗口长度下,SA识别准确率达到92.23%。研究结果表明了该识别模型的有效性。

热等静压工艺提升铸件致密度的研究

热等静压可作为一种在惰性气体环境中利用高温高压在密闭空间中对铸件进行处理的特殊热处理技术。介绍了铸件经过热等静压后处理对其显微组织和致密度的影响,以及热等静压工艺过程中时间、温度和压力的控制以消除铸件内部封闭孔隙,减少铸件缺陷,显著提升铸件致密度。

精益船舶海工项目协同设计平台研究

针对船舶建造企业采用精益制造模式的背景,在之前提出的船舶海工项目协同设计平台开发目标和总体框架、案例企业自主开发应用验证,以及总结出的精益设计实践基础上,结合精益设计理论和文献,进一步提出包括满足客户需求、流程、员工参与、领导角色、精益组织文化等在内的精益转型模型(LTM),其组成要素也可以用作特定组织精益转型的组成部分。研究将精益设计等理论应用于实践,同时基于案例总结归纳形成理论模型,为船舶海工等制造业的应用提供借鉴。

氨燃料的应用及腐蚀问题分析

氨作为零碳能源目前被公认为是最优替代燃料,可以快速高效地替代传统化石燃料进入全球市场,在缓解能源危机、减少CO_(2)排放等方面具有广阔前景。本研究将从氨燃料的国内外发展现状出发对NH3燃烧的技术进行阐述,并对氨燃料在工业化应用方面的腐蚀问题进行介绍,为后续氨燃烧应用技术的发展提供参考。

薄壁零件的激光选区熔化成形形变控制

本文基于ANSYS有限元软件,建立了SLM成形薄壁零件的热—力耦合动态模拟模型,采用高斯面热源作为激光输入,研究了薄壁零件在典型工艺参数下的应力场和形变规律。结果显示:在选定的工艺参数下,零件的总体形变规律为外壁的形变量大于内壁,高度略有缩短,壁厚减小,但整体形状无明显畸变;分析了冷却过程中的变形机理,提出了优化冷却方式、调整零件设计尺寸等方法,以提高尺寸精度。

FSRU多点系泊设备基座疲劳分析

以一艘13.7万立方米的浮式储存和再气化装置(FSRU)多点系泊设备基座为例,基于英国劳氏船级社(LR)规范,以系泊分析中各缆绳疲劳载荷作为输入,采用SESAM GENIE软件进行有限元计算得到10 kN疲劳载荷作用下的热点应力范围,通过线性换算得到其他载荷作用下的热点应力范围。基于S-N曲线疲劳损伤公式,并考虑作业海域各海况发生概率,利用Miner线性疲劳累积方法得到使用年限内各热点的疲劳累积损伤值。结果表明,各系泊设备基座疲劳寿命满足要求,疲劳累积损伤较大值位于连接首尾横缆的系泊设备基座。该方法对于浮式海洋结构的多点系泊设备基座疲劳寿命计算具有参考意义。

焊接顺序对T型接头焊接的影响分析

为减小T型接头的焊接残余应力和变形情况,以热-弹塑性理论为基础,利用ANSYS有限元软件对T型接头的焊接过程进行数值模拟,分析不同焊接顺序对温度场和应力场的影响,并对不同焊接路径上的应力和变形情况进行比较。结果表明:相较同向焊接,异向焊接在L1和L2这这两个路径上产生的应力分别减小15%和27%。不同的焊接顺序对变形影响各异,异向焊接对翼板角变形影响较小,同向焊接对腹板横向变形影响较小。研究成果可为T型接头焊接方案设计提供一定参考。

带回收装置的全自动智能化环保型喷漆机器人

介绍一种带漆雾与挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)回收装置的全自动智能化环保型喷漆机器人,适用于外板、甲板和货舱等船舶平面部位的喷漆作业。阐述该喷漆机器人的协同系统与总体技术框架和关键技术特征。技术实践表明,该喷漆机器人可有效解决传统人工喷漆方式存在的问题,为船厂的绿色发展提供重要的技术支持,具备良好的经济效益和社会效益。

基于有限元法的某深孔件模锻成形工艺研究

某深孔件是船用低速柴油机中的关键构件,由于其特殊的工作环境,该工件的制造技术有着极高的要求。精密模锻是一种可以改进锻件整体质量及提高产品性能的工艺,因此可以通过模锻工艺来加工该深孔件。本文采用有限元模拟软件对该深孔件在压力机上模锻成形过程进行了数值模拟仿真,分析了锻件的温度场及应力场的分布特征,从而指导该深孔件的实际生产。

基于精益理论的船舶海工协同设计系统开发

针对船舶建造企业采用精益制造模式的背景,结合精益设计理论和实践,提出船舶海工项目协同设计系统开发目标和总体框架,并通过自主开发进行应用验证。开发的系统平台由设计协同管理、船型数据库、终端客户机虚拟化3个系统组成,每个系统由若干功能模块组成,应用效果良好;同时基于案例企业投产的条材机器人生产线,进行了设计系统与条材机器人生产线控制系统的数据融合研究。基于企业项目实施过程中的精益数字化转型讨论,并结合精益理论,总结出适合船舶海工企业的精益设计实践(Lean Design Practice,LDP),供制造业设计流程再造和系统开发参考,为船舶海工等制造业的应用提供借鉴。

镍基高温合金热变形过程组织预测研究综述

本文综述了镍基合金的高温塑性变形行为及建模、微观组织演变规律及建模的研究进展,阐述了利用有限元技术预测热变形显微组织的研究现状,得到如下结论:镍基合金的高温塑性变形行为表征模型主要有唯象本构模型和神经网络模型;动态再结晶模型能够准确描述镍基合金热变形过程的微观组织演变,结合有限元模拟技术有助于实现热变形过程的组织预测及调控。