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当期目录

    2014年, 第48卷, 第04期 刊出日期:2014-04-28 上一期    下一期
    交通运输
    航行船与停泊船水动力相互作用的数值分析
    王宏志a,邹早建a,b
    2014,48 (04):  445-449. 
    摘要 ( 846 )  
    采用动网格技术并选取RNG kε湍流模型,通过求解非定常RANS方程,对浅水中航行船与停泊船相互作用的三维非定常黏性流场进行了数值分析.计算了停泊船受到的水动力,通过将计算结果与经验公式结果进行对比,验证了本文采用的数值计算方法的有效性;计算了航行船所受水动力,比较了作用在航行船和停泊船上的水动力的大小.最后,计算了不同水深、两船间距、停泊船离岸距离和航行船离岸距离条件下停泊船受到的水动力,并对计算结果进行了分析,得出了以上4种因素对停泊船受到的水动力作用的影响规律.
     
     
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    截断系泊系统不同恢复力矩特性对于深水半潜式平台摇摆运动的影响
    乔薛峰,肖龙飞,杨立军
    2014,48 (04):  450-456. 
    摘要 ( 746 )  
    以工作在1.5 km水深的半潜式平台为例,在截断水深模型实验中,设计5套符合水平及垂向回复力、最大单根缆受力特性相似的截断系泊系统,使之具有不同的力矩特性曲线.通过时域耦合计算,比较在这些截断系泊系统下平台的摇荡运动的差异,并与实验结果对比分析.结果表明,水深截断系泊系统的力矩特性是否相似对半潜式平台摇荡运动有一定影响,平台的水平偏移越大时影响越显著.说明在截断系泊系统设计中,保持与全水深系统一致的力矩相似特性的必要性.

     


     
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    串列异步拍动翼推进性能分析
    刘鹏,苏玉民,刘焕兴,廖煜雷
    2014,48 (04):  457-463. 
    摘要 ( 830 )  
    以滑波推进器为原型,基于RANS方程,采用动网格技术计算了6翼异步拍动翼串列时的水动力性能,探讨了来流、摆幅角、翼间距、运动周期和升沉幅度等对其推进性能的影响,并建造样机.计算结果表明,串列异步拍动翼不同位置翼表现出不同的性能,且任一位置翼比单片异步拍动翼产生更大的推力.尾涡分析表明,翼间涡系干扰是不同位置翼性能不同的主要原因,且其干扰对推力的产生有利,小间距时可产生更大推力.

     
     
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    支持向量机近似模型的参数选取及其在结构优化中的应用
    何小二,王德禹
    2014,48 (04):  464-468. 
    摘要 ( 582 )  
    针对非线性结构响应预测的支持向量机(SVM)近似模型的参数选取问题,提出了应用粒子群算法进行参数优化,建立了具有最优参数的SVM近似模型,并与以训练集数据建立常规的SVM、二阶响应面(RSM)和径向基神经网络(RBFNN)近似模型进行对比.结果表明:以优化参数建立的SVM近似模型比常规的SVM近似模型有更好的预测能力;可以避免RSM和RBFNN近似模型中的过拟合现象,具有更优的推广能力.最后,将最优参数的SVM近似模型用于船舶结构优化中,取得了具有良好工程实用性的优化结果.

     
     
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    船舶舱室噪声传递路径分析的声振熵赋权图法
    高处,杨德庆
    2014,48 (04):  469-474. 
    摘要 ( 156 )  
    针对传统的矢量迭加法难以满足噪声分布具有中高频域特点的船舶声学分析要求,将船舶噪声分析统计能量系统比拟为热力学系统,引入声振温度和声振熵的概念,并结合图论提出识别船舶舱室噪声传递路径的声振熵赋权图法.将噪声传递路径分析问题转化为求解声振熵赋权图最短路径问题,混合熵增率累计最大的路径即为能量传递的主路径.通过对比算例和超大型油轮上层建筑舱室空气噪声能量传递路径分析算例,验证了船舶舱室噪声传递路径的声振熵赋权图法的有效性,初步揭示了超大型船舶舱室噪声分布与传播机理,为超大型油轮减振与声学设计决策及后续优化提供指导.
     
     
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    软刚臂系泊系统水平系泊力原型测量方法
    樊哲良1,岳前进1,2,武文华1,孙强3,孙晔1
    2014,48 (04):  475-481. 
    摘要 ( 179 )  
    以渤海某在役的浮式储油卸油装置(FPSO)软刚臂为研究对象,对其系泊力的测量方法从应变、位移和运动姿态3个方面进行了讨论,并对测量的精度及准确性进行了分析.结果表明,3种方法在测量精度上大体相同,而长期稳定性和成本上倾角仪(运动姿态)方法要好于其他两者.系泊力原型测量方法的应用,不但可以使作业者有效保障现役FPSO的系泊安全,而且其测力结果亦可作为软刚臂系泊性能评估的重要参考.

     
     
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    单体复合船型艏艉附体水动力性能模型试验分析
    孙树政,田博,赵晓东,李积德
    2014,48 (04):  482-487. 
    摘要 ( 122 )  
    为了研究艏艉附体对单体复合船型水动力性能的影响,以某单体复合船为研究对象,针对不同组合附体及尾板方案开展了水池模型试验.通过不同附体方案的模型静水阻力和耐波性试验,分析了半潜体、艏鳍及尾板参数对单体复合船型水动力性能的影响,总结了影响规律.试验结果表明,半潜体、艏鳍及尾板对复合船型静水阻力均有影响,但影响机理不同,艏部组合附体使复合船型的耐波性得到大幅提升,尾板对耐波性的改善贡献较小.试验结果能为组合附体和尾板的优化设计提供参考.
     
     
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    大型船舶柴油机性能模拟及优化计算
    陈辉1,涂环1,任伟2
    2014,48 (04):  488-492. 
    摘要 ( 104 )  
    在Matlab仿真环境下建立了某大型低速二冲程船用柴油机的零维模型,并利用柴油机推进特性的实验数据验证了模型的准确性.基于仿真模型,分析了不同压缩比和燃烧始点对柴油机标定工况下主要性能参数的影响.利用IsightMatlab联合仿真优化平台,以柴油机油耗为优化目标,以最高爆发压力、最高爆发压力与压缩压力之差、最高燃烧温度和排气温度低于限制值为约束条件,对标定工况下柴油机的压缩比和燃烧始点进行联合寻优.仿真计算结果表明,标定工况下柴油机的经济性和动力性均有一定改善.
     
     
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    基于径向基神经网络模型的耐压壳6σ设计
    程妍雪1,庞永杰1,杨卓懿1,冯亮2
    2014,48 (04):  493-497. 
    摘要 ( 137 )  
    为了得到更可靠的潜水器耐压壳结构,考虑到材料性能和加工时结构尺寸误差的不确定性对结构性能的影响,将6σ设计的思想引入耐压壳优化设计.借助多学科优化平台iSIGHT,对耐压壳进行6σ分析的优化设计,得到优化且可靠的设计方案.为减少6σ优化设计中的计算代价,采用足够精确的径向基神经网络模型代替ANSYS仿真程序进行迭代.结果表明,在保证计算结果足够精确的前提下较大节省了计算时间.
     
     
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    深潜器耐压壳极限强度的模量算法
    熊志鑫1,罗培林2
    2014,48 (04):  498-501. 
    摘要 ( 129 )  
    通过引入承压球壳变形的对称性假设,将承受均匀外压球壳的理论表达简化为筒形板及弹性基础梁的数学模型.引入参数,将切线模量理论等多种模量理论统一表达,在材料应力应变曲线的基础上,得到模量因子曲线和相应的解析表达式.以切线模量理论和双模量理论为例,将2种模量理论应用于钛合金球壳的承载力计算,并将计算值与实验结果进行比较,得出模量理论在耐压壳极限强度计算问题上的有效性和适用范围,为深潜器的初步设计提供参考.

     
     
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    基于粒子群和蚁群算法的船舶机舱规划方法
    姜文英,林焰,陈明,于雁云
    2014,48 (04):  502-507. 
    摘要 ( 138 )  
    基于粒子群算法和蚁群算法,提出了一种优化算法用于求解船舶机舱布局规划问题.船舶机舱规划问题主要包括设备布置和管路敷设.由于船舶机舱空间有限,设备和管路数量繁多,约束条件复杂,在进行具体设计过程中,需要反复多次校核修改,才能获得可行的设计方案.为了充分考虑设备布置和管路敷设设计两者之间的耦合作用,建立数学模型,从而获得全局最优的设计方案.模拟实验的结果证明,所提出的优化方法在求解船舶机舱布局规划问题中的可行性和有效性.

     
     
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    波浪中浮体运动的时域混合格林函数法
    唐恺,朱仁传,缪国平,范菊
    2014,48 (04):  508-514. 
    摘要 ( 87 )  
    基于混合格林函数法,对浮体在波浪中的运动进行了时域模拟.通过假想的直壁控制面将流场分割成内域和外域,分别引入Rankine源和自由面格林函数并结合控制面上的连续条件,对初边值问题进行求解.利用开发的数值计算程序对圆柱形平台和S175船进行了计算分析,给出了时延函数、波浪力幅值和运动响应结果,通过与频域方法和试验数据对比,证明该方法对零航速和有航速水动力问题均适用,能有效解决外飘船型的数值发散问题,且具有更高的计算效率.
     
     
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    基于改进德尔菲法的舰船总体方案群决策方法
    郭海鹏,黄胜,王超
    2014,48 (04):  515-519. 
    摘要 ( 46 )  

    根据舰船总体方案决策的特点,引入基于优化模型的改进德尔菲法.将群决策与个体决策方案排序关系转化为布尔矩阵,通过群决策与个体决策的布尔矩阵元素差值来反映决策结果的群体一致性,建立了基于排序一致性的优化模型.通过全息粒子群算法在修正区间内对专家初始打分矩阵进行调整,寻找满足群体一致性的可行解.构造专家意见的可信度函数,对修正后的专家评价值进行整体可信度分析,使决策达成群体一致性的同时兼顾决策可信度.应用实例对比分析表明,该方法在舰船多方案优选时具有较好的最优方案稳定性及决策可信性.

     
     
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    一种基于B样条的船体及自由面面元生成方法
    张伟a,邹早建a,b
    2014,48 (04):  520-524. 
    摘要 ( 110 )  
    面向基于Rankine源的3维面元法,提出了一种船体及其周围自由面的面元划分方法.采用双3次B样条表达船体曲面,利用广义截面更好地描述船体首尾部形状;通过2次重构截面曲线解决了曲线相容问题;采用参数化方法,对船体表面及不同形状自由面区域进行划分.通过调整参数划分,能够方便地修改面元网格的密度,以满足计算的要求.
     
     
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    基于遗传算法的主动油气悬架分层控制
    冯金芝1,喻凡2,郑松林1,孙涛1,高大威1
    2014,48 (04):  525-531. 
    摘要 ( 147 )  

    根据主动油气悬架系统执行机构的动态特性,采用分层控制策略设计了有限带宽主动油气悬架系统上、下层控制器.基于遗传算法(GA)对模糊PID上层控制器的参数进行了优化设计,通过在线评价车辆动力学指标,决定是否启动GA在初期最优可行域附近优化当前上层控制器参数,以保证车辆在行驶路况或自身参数变化等情况下仍获得较好的控制效果.将搭建的主动油气悬架系统控制模块施加于整车多体系统动力学模型进行联合仿真计算,结果表明,所设计的主动油气悬架系统可显著改善车辆行驶平顺性,并且具有较强的鲁棒性和自适应能力.


     
     
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    超塑成形/扩散连接焊缝失效断裂仿真方法
    柴象海1,2,张晓云3,史同承1,2
    2014,48 (04):  532-537. 
    摘要 ( 162 )  

    针对采用超塑成形/扩散连接工艺加工的3层瓦伦空心结构钛合金空心风扇叶片的焊缝强度通常低于材料本体强度且受零部件几何特征影响显著的特点,提出采用带失效的固连连接方式.通过剪切失效和拉伸失效模拟焊缝物理特性的建模和仿真分析方法,以及与空心风扇叶片相同加工工艺、相同结构形式的空心平板试验件的靶板冲击试验,首先建立焊缝失效模型,标定了焊缝强度,然后将数值仿真结果与试验数据相比较,验证该方法的有效性.结果表明,所提出的超塑成形/扩散连接结构仿真分析方法能够为航空发动机3层瓦伦空心结构零部件瞬态动力学分析提供参考.

     
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    惯性导航系统极区导航参数解算方法
    刘文超1,卞鸿巍1,王荣颖1,岳亚洲2
    2014,48 (04):  538-543. 
    摘要 ( 213 )  

    针对惯性导航系统(INS)极区航向、速度误差增大和大圆航线航向角快速改变的问题,提出了一种
    INS极区导航参数解算方法.首先研究了极区INS误差抑制机制,构建了椭球面栅格航向基准模型,然后利用INS解算的导航参数信息,实现了栅格航向和栅格速度解算,最后完成了极区导航参数导航性能评估.理论分析和仿真结果表明,该方法计算简单,解算的导航参数有利于极区航行监控和航行绘算;栅格航向和速度精度明显优于地理航向和速度精度,可以满足极区载体航行需求,提高了INS极区导航性能.


     
     
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    出口箱随机入港下的箱区选择与箱位分配协调调度
    陈超,台伟力,杨逸蓝,曾庆成
    2014,48 (04):  544-550. 
    摘要 ( 160 )  

    针对出口箱随机入港下的分散堆放与随机选位对集装箱卡车行驶和场桥取箱作业的影响,提出了出口箱的箱区选择与箱位分配协调调度问题,并以箱区位置、箱量分配、箱位分配为决策变量,以集装箱卡车接运单位TEU平均作业时间最少、场桥作业成本最低为目标,构建了出口箱箱区选择与箱位分配两阶段非线性整数规划模型.设计了基于遗传算法的双层启发式算法,上层用于箱区搜索,确定出口箱堆放箱区及箱量分配;下层用于箱位搜寻,并依据场桥取箱顺序规则,确定具体堆放箱位或重选堆放箱区.通过算例分析结果表明:与集中入港下集中堆放相比,对出口箱随机入港下分散堆放的箱区选择与箱位分配进行协调调度同步优化,可以减少单位TEU平均装卸时间5.46%,并显著降低堆场作业成本,模型与算法可行有效.


     
     
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    基于场方法的船舶交通流分析
    甘浪雄1,2,3,张磊2,3,邹早建1,文元桥2,3,张恒2,3
    2014,48 (04):  551-557. 
    摘要 ( 95 )  

    为大范围、高精度地研究船舶交通流特征,引入场方法对船舶交通流进行分析.该过程基于理想的网格布置,以AIS船舶交通流数据为样本值,运用Delaunay剖分进行三角插值,得到船舶交通流流场分布图.与实际交通流情况的对比分析表明,场的形式能够较好地表征船舶交通流分布特征和航行水域安全状态;采用船舶交通流流场分析结果,可以提高船舶航行安全预警和海事安全监管的有效性.

     
     
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    天文学、地球科学
    新型沙漏式浮式生产储油系统的概念设计分析
    姚宇鑫,王文华,黄一
    2014,48 (04):  558-564. 
    摘要 ( 212 )  

    为了解决现有传统船型、圆柱筒型和棱柱型浮式生产储油系统(FPSO)的性能局限,提出了一种具有沙漏外形,并配有各种生产和生活功能模块的新型沙漏式FPSO.利用基于频域势流理论的边界元数值模拟和谱分析方法分析浮体在波浪中垂荡和纵摇运动性能,结合概率统计理论分析甲板上浪概率,采用变排水量法计算浮体的静稳性曲线.最后,与挪威Sevan Marine公司设计的圆筒形FPSO浮体模型和中海油公司设计的八角型FPSO浮体模型进行对比.结果表明,新型沙漏式浮体外形设计能够显著地提高FPSO的稳性和各项水动力性能,可以为深水油气开发提供一种有效的新型工程装备和解决方案.

     
     
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    轴压下非黏结柔性立管响应特性的数值计算方法
    任少飞,唐文勇,薛鸿祥
    2014,48 (04):  565-569. 
    摘要 ( 106 )  

    为避免传统数值方法对非黏结柔性立管骨架层和抗压铠装层简化导致其应力计算不准确的问题,给出了非黏结柔性立管响应特性的一种数值计算方法,计入骨架和抗压铠装层实际截面形状及层间相互作用,既能保持各层几何形状与真实形状高度一致,又具有高效、高精度的特点,能够有效模拟骨架和抗压铠装层受力、失效及层间接触.计算了8层非黏结柔性立管在轴向压缩载荷下的响应特性,结果表明:数值解与理论值吻合较好;承受压缩载荷的主要为拉伸铠装层;非黏结柔性立管抗压刚度远小于抗拉刚度;立管顶端边界条件对轴向压缩性能影响不大.


     
     
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    浮式风机系统水-气动力耦合分析方法
    闫发锁1,张成祥1,杨慧1,彭成2
    2014,48 (04):  570-575. 
    摘要 ( 216 )  

    将浮式风机系统中浮体的水动力分析模块与风力发电机的空气动力分析模块整合,提出了适用于深水浮式风机系统的全耦合动力响应分析方法.浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细长杆理论通过非线性有限元方法实现,风机系统的空气动力分析采用基于多体气动弹性理论的FAST模块.以浮体控制方程为主体,通过模块间的载荷与位移传递在每个时间步上迭代求解,形成完全耦合的时域分析方法.通过对某SPAR风机系统在随机海况下进行了系统水动力响应分析,并与现有的三维势流理论的结果进行了比较,验证了数值分析方法的有效性.最后,对系统的动力响应进行了水气动力的全耦合数值分析.结果表明,该方法能有效地分析浮式风机各子系统间的混合动力作用,可用于海洋风电系统开发.


     
     
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    基于全耦合模型和管土作用模型的深海悬链线立管触地区域疲劳特性分析
    王坤鹏,薛鸿祥,唐文勇
    2014,48 (04):  576-582. 
    摘要 ( 110 )  

    利用建立的浮体、立管和系泊索全耦合模型预报悬链线立管(SCR)的顶端响应,并作为立管详细有限元模型的顶端边界条件,进行疲劳响应分析.在全局有限元分析中,SCR与海床的相互作用通过开发的触地单元模拟,该单元能够考虑海床吸力的产生和释放过程,以及海床沟槽的形状.针对不同的海床参数,计算了SCR触地区域的响应,并通过雨流计数法进行了疲劳损伤分析,得到了触地区域的疲劳损伤对海床参数的敏感性.

     
     
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    深海钢悬链立管Hill不稳定性预测
    肖飞,杨和振
    2014,48 (04):  583-588. 
    摘要 ( 101 )  

    基于双频激励预测深海钢悬链立管(SCR)Hill不稳定性,即参量共振问题.根据Vandiver理论,将SCR等效转化为顶张力立管(TTR),以多频叠加函数模拟真实外激励,基于多频激励动力学方程得到Hill方程.分析基于多频激励的特殊情形,即双频激励预测系统参量稳定性特性,并以此评估工程中SCR的Hill不稳定性.结果表明:多频激励更能准确预测实际外激励,其预测是探究SCR参量稳定性的关键,相应激励函数的选取决定SCR的设计安全.

     
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