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2015年  第10卷  第6期

《中国舰船研究》2015年第6期目录
《中国舰船研究》编辑部
2015, 10(6): .
摘要:
[1]基于SDM方法的船艉伴流场尺度效应研究与修正…郭春雨,张琪,陈鸽,王恋舟(1)[2]基于船舶耐波性评价的型线优化…张耀,王凯,杨帅,陈晨,费宇庭,侯国祥(8)[3]深V型船零速横摇改善措施…董润鹏,董文才,姚朝帮(15)[4]大型公务船加装深海探测设备的可行性分析…陈锐,黄武刚(21)[5]典型船舶板架拓扑与形状优化设计…张会新,杨德庆(27)[6]悬链线构件的有限元方法…王瀚,解德(34)[7]加筋板低周疲劳寿命和累积塑性应变模型…汪丹,杨平,邓军林,董琴(39)[8]冲击波和破片联合作用下I型夹层板毁伤仿真…段新峰,程远胜,张攀,刘均,李勇(45)[9]冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟…李茂,朱锡,侯海量,陈长海,李典,胡年明(60)[10]基于波数谱的双层圆柱壳外壳振动与声辐射特性分析…谭路,纪刚,周其斗,张纬康(68)[11]无人水面艇航向航速协同控制方法…曹诗杰,曾凡明,陈于涛(74)[12]舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性…俞强,王磊,刘伟(81)[13]侧斜变化对螺旋桨水动力及变形振动特性的影响…张瑞,王先洲,张志国,江伟健,陶铸(87)[14]船用核动力装置核安全事件的分级方法…杨广圣,陈宝,刘伯新,时浩,蔡琦(95)[15]侧挂设备安装姿态控制工装的结构设计与优化…高亚坤,张盛,刘洋,潘国雄(101)[16]舰船典型舱室气流组织数值模拟…权崇仁,王洋,于立庆,陈乾,谢军龙(107)[17]面向任务的舰船系统信息流程仿真优化方法…岳林,项国富,胡伟浩(114)[18]热喷涂金属涂层与舰船应用前景…张米斯,高新华,宁晖,王奎升(120)[19]基于混合遗传算法的杂货船装载优化问题…朱莹,向先波,杨运桃(126)[20]《中国舰船研究》2015年总目次…(133)
基于SDM方法的船艉伴流场尺度效应研究与修正
郭春雨, 张琪, 陈鸽, 王恋舟
2015, 10(6): 1-7. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.001
摘要:

以KCS为研究对象,利用CFD计算软件STAR-CCM+,计算不同尺度下KCS船伴流场的分布情况,分析尺度效应对船舶伴流场的影响。为修正由尺度效应引起的模型尺度与实尺度船模船艉标称伴流场的误差,借鉴智能假体模型(SDM)的概念,并通过软件Friendship中的Framework模块对原模型的艉部进行修改,讨论不同收缩程度的艉部变形对修正伴流场尺度效应的作用。结果表明:SDM方法对修正伴流场尺度效应的作用效果明显,且通过模型尺寸的收缩变形基本可以达到目标伴流场的伴流分布形式。

基于船舶耐波性评价的型线优化
张耀, 王凯, 杨帅, 陈晨, 费宇庭, 侯国祥
2015, 10(6): 8-14. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.002
摘要:
船舶耐波性是评价船舶性能的一个重要指标。随着船上装备的精密仪器与武器系统越来越多,如何保证这些系统平稳正常地工作是每一个船舶设计者所关心的问题。然而船舶耐波性与快速性是一对矛盾的指标,为了解决这一问题,合理确定耐波性评价指标是关键因素之一。通过船模试验得到人们最关心的5个耐波性指标数据:纵摇幅值、升沉幅值、船艏加速度、船舯加速度和船艉加速度,并以此来评价船舶的耐波性能。在保证波浪增阻小于某一阈值的情况下进一步对船舶型线进行改进,以期提高船舶耐波性。同时,为了保证试验的准确性,将船模在不规则波试验中的运动响应结果与通过规则波试验的预报值进行对比,结果表明:改进后的5个船舶耐波性指标数据均有所减小,达到了设计目标。
深V型船零速横摇改善措施
董润鹏, 董文才, 姚朝帮
2015, 10(6): 15-20. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.003
摘要:
针对千吨级深V型船在高海况下其零速横摇幅值较大的问题,在拖曳水池中开展静水阻力、横摇衰减模型试验。通过求解非线性横摇方程,预报规则波中的横摇响应,采用双参数谱预报实船在4,5级海况下的零速横摇幅值。同时,对比分析舭龙骨长度、宽度、安装位置以及连续性对阻力、横摇阻尼系数及横摇幅值的影响规律。研究结果表明:在巡航速度至最大航速范围内,可获得阻力增值不超过4.5%,正横浪零速横摇幅值减小25%以上的舭龙骨设计方案,可为千吨级深V型船在锚泊状态下减少横摇幅值提供技术支撑。
大型公务船加装深海探测设备的可行性分析
陈锐, 黄武刚
2015, 10(6): 21-26. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.004
摘要:

大型公务船如果具备一定的深海探测能力,可更好地执行任务。提出了通过加装深海探测设备使大型公务船获得深海探测能力的设计思想。分析总结深海探测任务的特点,明确了深海探测工作可划分为编制海图、测量海流、深海探测和可视确认4个流程,需要配备A型架、牵引绞车以及多种声学探测设备。并以某大型巡航救助船为例,结合船型特点和现有的布置条件,提出A型架和牵引绞车采用模块化安装方式,设置露天集中控制站,主要声学探测设备采用导流罩式的安装方式,超短基线采用自动收放系统,实现深海探测作业功能。最后分析了加装设备对重量重心、航速、稳性、浮态、人员居住、《船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准(PSPC)》顺应性和舷墙结构等总体性能的影响。研究表明:大型公务船加装深海探测设备合理可行,是快速获得深海探测能力的有效途径。

典型船舶板架拓扑与形状优化设计
张会新, 杨德庆
2015, 10(6): 27-33,59. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.005
摘要:
以典型板架结构(船底板架和上层建筑板架)为研究对象,探讨结构拓扑与形状优化设计方法在船舶设计中的应用。对船底板架结构进行形状和尺寸优化(优化目标是指定应力约束条件下结构重量最小),优化后的结构重量减少了15.82%。为改善舱室顶部空间布局,提高舱室顶部板架结构的固有频率,对上层建筑板架进行拓扑优化,寻求材料最优分布,并在对其进行静力分析和模态分析的基础上,以体积百分比为约束条件,以板架固有频率为目标函数,得到拓扑优化后的结构型式,新结构型式使材料分布更加合理,有利于舱室顶部管道和电缆等的铺设。研究表明,在目前的板架结构设计中,可广泛应用结构拓扑与形状优化设计技术。
悬链线构件的有限元方法
王瀚, 解德
2015, 10(6): 34-38. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.006
摘要:

悬链线构件在船舶与海洋工程中是广泛存在的一种结构,无论是船舶码头旁靠、锚泊定位中的系泊线,还是各种系泊结构物中各种深海悬链线结构(如深海柔性立管、深海锚泊系统、复合材料悬链线立管等)的系泊力响应,对整个结构物都显得非常重要。其中,由于悬链线构件具有很强的几何非线性,其受力分析的精度对其运动响应的分析尤为重要。根据悬链线构件静力分析,得到悬链线单元的柔度矩阵,从而进一步推导出悬链线单元的刚度矩阵和单元节点力向量,最后以商业有限元软件ABAQUS的用户自定义单元(UEL)为工具,开发出悬链线单元。结果显示:运用此单元得到的简单悬链线结构的数值解与解析解完全一致,同时也基本符合实验结果,为解决各种复杂悬链线构件问题的直接计算法提供了一种新的思路。

加筋板低周疲劳寿命和累积塑性应变模型
汪丹, 杨平, 邓军林, 董琴
2015, 10(6): 39-44. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.007
摘要:
为分析加筋板结构累积塑性破坏的影响,应用损伤力学基础理论,并结合筋板相互影响系数,以塑性应变为损伤演化的控制参量,推导并建立加筋板结构低周疲劳累积递增塑性应变模型和低周疲劳寿命模型。将加筋板在循环载荷下的疲劳损伤变量引入累积递增塑性应变方程中,通过积分变换,推导出循环载荷下船舶加筋板结构轴向累积塑性应变的演化方程及其低周疲劳寿命本构模型;采用船舶通用高强度402钢相关材料疲劳特性参数对船舶加筋板结构低周疲劳寿命模型进行对比分析;将塑性应变发展理论模型与有限元计算结果进行比较,分析平均应力和筋条刚度比对累积塑性应变的影响规律。结果表明,该模型较好地反映了船舶加筋板结构的轴向累积塑性应变演化规律,同时能方便地对船舶结构低周疲劳强度进行评估、校核。
冲击波和破片联合作用下I型夹层板毁伤仿真
段新峰, 程远胜, 张攀, 刘均, 李勇
2015, 10(6): 45-59. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.008
摘要:
基于非线性有限元软件LS-DYNA,通过在TNT炸药底部布置预制破片模拟战斗部爆炸产生的冲击波与破片联合作用载荷,计算3种TNT炸药当量下I型夹层板的毁伤响应,分析冲击波单独作用及冲击波与破片联合作用下I型夹层板失效模式的差异,研究夹层板芯层配置以及上、下面板厚度配置对其失效模式的影响,并与等效实体板的抗毁伤性能进行对比。同时,从吸能的角度分析不同载荷工况下I型夹层板的吸能特性。数值仿真结果表明:在冲击波与破片联合作用下,结构的毁伤程度远大于冲击波单独作用时;当载荷强度较小时,I型夹层板的抗毁伤性能优于等效实体板;载荷强度、载荷类型(冲击波单独作用或冲击波与破片联合作用)及上、下面板厚度配置对I型夹层板的失效模式有较大影响;从吸能特性来看,在冲击波单独作用下,上面板和芯层是主要的吸能构件,而在冲击波与破片联合作用下,上面板和下面板是主要的吸能构件。
冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟
李茂, 朱锡, 侯海量, 陈长海, 李典, 胡年明
2015, 10(6): 60-67. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.009
摘要:
为探讨固支方板结构在爆炸冲击波和高速破片联合作用下的变形破坏特点及规律,利用有限元分析软件ANSYS/LS -DYNA开展冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟计算,阐述装药驱动预制破片的运动过程,分析冲击波载荷和破片载荷以及钢板在联合载荷作用下的变形破坏模式,并与试验进行对比。结果表明,数值计算结果与试验结果较为吻合;炸药底部中心处预制破片的初速最高,边缘处最低;在试验工况下,冲击波先于破片作用于结构,破片群总动能远大于爆轰产物及冲击波传递给结构的动能,破片群是造成钢板中心出现冲塞破口的主要因素,应作为防护结构的主要设计载荷。
基于波数谱的双层圆柱壳外壳振动与声辐射特性分析
谭路, 纪刚, 周其斗, 张纬康
2015, 10(6): 68-73. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.010
摘要:
为说明双层圆柱壳外壳振动模式与声辐射间的一般性规律,在通过结构有限元耦合流体边界元方法获得外壳的振动响应后,采用波数谱分析方法将其振动响应在无限长圆柱面上进行波数域的展开,实现振动的波形分离,并获得振动和声辐射功率波数谱,从而对其振动与声辐射模式进行判断。研究表明,双层圆柱壳外壳的周向振动呈现为多模式特征,轴向振动具有短波振动特征;周向辐射模式为低阶辐射模式,轴向辐射模式为长波辐射模式。
无人水面艇航向航速协同控制方法
曹诗杰, 曾凡明, 陈于涛
2015, 10(6): 74-80. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.011
摘要:
针对无人水面艇(USV)在未知干扰环境下的自主运动控制问题,研究基于模糊自适应算法的USV航向、航速协同控制方法。设计以航向角偏差量和直线距离偏差量为输入量,以及以舵角偏转控制量和油门开度控制量为输出量的模糊控制算法,并通过以航向角偏差率为输入量及以控制周期为输出量的自适应控制,使系统响应外部环境的变化。以抵达目标点的时间和舵角变化次数的加权最小值作为优化目标函数,分析论域、控制周期等参数对控制效果的影响。优化分析的结果表明:此方法在不同海面风、浪、流随机干扰的条件下,均能使无人艇抵达目标点,实现点对点的自主航行。
舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性
俞强, 王磊, 刘伟
2015, 10(6): 81-86,94. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.012
摘要:

螺旋桨激励力会通过轴系向各轴承基座传递,并激发船体结构产生振动声辐射问题。为掌握螺旋桨不同方向激励力通过轴系的传递规律,利用船舶推进轴系试验台,在轴系固有特性计算与测试的基础上,测试分析螺旋桨水平、垂向与纵向激励力通过轴系向3个轴承基座的传递特性。结果表明:单方向激励力作用下,轴系会产生不同方向的耦合振动,并在基座处产生3个方向的振动,其中轴系振动固有频率有明显体现;不同方向的激励力传递路径不同,水平激励在艉轴后轴承基座处产生较大水平振动,垂向激励在艉轴后轴承和推力轴承基座处产生较大垂向振动,纵向激励在推力轴承基座处产生较大纵向振动,螺旋桨激励力通过轴系向艉轴前轴承基座的传递相对较弱;与垂向激励相比,水平激励会在3个轴承基座处产生更大的振动响应。

侧斜变化对螺旋桨水动力及变形振动特性的影响
张瑞, 王先洲, 张志国, 江伟健, 陶铸
2015, 10(6): 87-94. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.013
摘要:
由于艇后伴流场的不均匀性,螺旋桨运转时,周期性变化的载荷与桨叶结构的耦合作用会使桨叶发生变形。基于ANSYS Workbench平台,利用ACT_Transient FSI技术,将Fluent结果直接转换导入有限元求解器来计算螺旋桨结构响应,从而实现艇后螺旋桨瞬态单向的耦合分析。以DTMB 4381,DTMB 4382和DTMB 4383桨为研究对象,对艇后螺旋桨的水动力特性及桨叶的变形等进行数值模拟。结果表明:随着螺旋桨侧斜角的增加,脉动推力振荡明显减弱,桨叶最大变形量增加,但桨叶振动明显减弱。
船用核动力装置核安全事件的分级方法
杨广圣, 陈宝, 刘伯新, 时浩, 蔡琦
2015, 10(6): 95-100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.014
摘要:
在船用核动力装置运行的过程中,由于情况较核电厂系统复杂且环境更为恶劣,对于核安全事件的应急处理较为紧迫,又由于通信能力有限,因而船用核动力装置比核电厂更需要简洁而准确的事件报知能力,以便指挥体系以及技术支援体系能够迅速做出正确决策,制定并采取一系列救援和善后措施。针对船用核动力装置的事故特点,为解决各级决策者在异常工况下难以准确掌握事件严重程度的问题,围绕核动力装置的安全功能,寻找评价核事件后果的依据,结合《国际核和放射事件分级表(INES)》的成熟经验,建立一个统一的规则体系来描述事件的相关性质(尤其是安全上的重要性),使各方面通过简洁的沟通信息就能够获得对事件的共同理解,形成船用核动力装置核安全事件的分级方法。
侧挂设备安装姿态控制工装的结构设计与优化
高亚坤, 张盛, 刘洋, 潘国雄
2015, 10(6): 101-106,113. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.015
摘要:

针对实船侧挂辅机设备的姿态控制问题,开展侧挂辅机设备安装姿态控制工装的结构设计,制定工装操控性、结构稳定性和调整精度的综合设计目标,利用标准件线性导轨和操控螺纹单元实现控制工装的核心功能,完成工装的稳定结构、设备安装结构、操控装置等组件与装配设计。利用仿真分析方法对工装结构进行优化,分析复杂结构在静力加载作用下抵抗变形的能力、可移动结构在运动过程中的结构稳定性、工装的强度和刚度特性,优化控制工装的组件尺寸和配合形式。依据工装的最优结构尺寸,制造工装样机并进行验证试验。结果表明:控制工装侧挂设备姿态调整的精度可以达到设计目标的要求,工装结构功能可行,操作简单,可实现设备安装姿态调整工作简化。

舰船典型舱室气流组织数值模拟
权崇仁, 王洋, 于立庆, 陈乾, 谢军龙
2015, 10(6): 107-113. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.016
摘要:

针对舰船舱室空调系统的末端形式不同于民用建筑空调系统末端形式的特点,提出对采用布风器方式的舰船舱室的气流组织形式进行研究。采用计算流体动力学(CFD)技术,建立实船典型两人舱室的数值试验模型,根据舰船的实际边界条件对该舱室夏季设计工况和冬季设计工况下的气流组织进行数值模拟计算,并对典型截面的速度场及温度场进行分析。模拟结果表明:在夏季设计工况下,虽然布风器周围风速较高、温度较低,但舱内人员活动区域速度场分布较均匀,舱内风速小于0.3 m/s,温度场分布也较为均匀,温度约为26~27 ℃;在冬季设计工况下,除布风器周围风速较高、温度较高外,舱室大部分区域风速较低,小于0.2 m/s,温度约为20 ℃。无论是夏季还是冬季设计工况,采用布风器末端形式的典型两人舱室人员活动区域内的气流速度及温度均满足舒适性标准要求,结果验证了该典型舱室空调系统布置的合理性。

面向任务的舰船系统信息流程仿真优化方法
岳林, 项国富, 胡伟浩
2015, 10(6): 114-119,125. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.017
摘要:

针对目前舰船信息系统设计仍以功能集成实现为主,难以提升全舰总体信息交互与信息处理效率的问题,提出一种面向任务的舰船系统信息流程仿真优化方法。该方法进行全舰任务分解与舰员战位关联,然后采用DoDAF的体系结构视图技术建立面向战位任务的舰船系统信息流模型。实验表明,该方法既可检验信息流程的准确性和合理性,也可评估信息交互模型的关键节点和执行效率,可为舰船信息化总体方案验证优化提供一种有效的定量分析技术途径。

热喷涂金属涂层与舰船应用前景
张米斯, 高新华, 宁晖, 王奎升
2015, 10(6): 120-125. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.018
摘要:
由于舰船服役的特殊环境,导致舰船装备运行故障频繁、服役寿命缩短并且维护成本增大。对比、分析了电弧喷涂、超音速火焰喷涂和等离子喷涂3种热喷涂金属涂层技术的优点和缺点,指出超音速火焰喷涂金属涂层技术适用于舰船建造阶段的大面积喷涂。在此基础上,阐述了影响金属涂层耐蚀性、附着力、孔隙率的因素,介绍了目前金属涂层在舰船上的应用状况。最后,结合舰船对金属涂层的要求,提出了开展满足大面积喷涂施工的超音速火焰喷涂装备技术集成研究的必要性和工作内容,着重强调了采用封闭再处理技术可有效降低金属涂层孔隙率,进一步提高金属涂层在工况中的环境适应性,以满足金属涂层在舰船上大规模应用的要求。
基于混合遗传算法的杂货船装载优化问题
朱莹, 向先波, 杨运桃
2015, 10(6): 126-132. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.019
摘要:
杂货船的装载问题属于典型的三维装箱问题,在分析杂货船装载问题的特点的基础上,以船舱空间利用率最大为目标,建立杂货船装载问题的数学模型。针对模型特点,提出一种结合启发式算法和遗传算法的混合遗传算法,设计一种新的三空间划分方法,并对此算法进行仿真试验验证。以文献[3]的一组经典测试数据为实例,经与同类装箱问题中的同类型算法进行对比分析,发现空间利用率达到了92.94%,与其他算法的结果相比具有明显的优势,验证了优化算法的有效性。
《中国舰船研究》2015年(第10卷)总目次
《中国舰船研究》编辑部
2015, 10(6): 133-136.
摘要:
《中国舰船研究》2015年(第10卷)总目次