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临时加固下换流阀塔海上运输结构强度分析

中国工程机械学报 2024年第2期22卷 231-235页

作者：于海波高彪张晓波张伟为王检耀南京南瑞继保电气有限公司江苏南京211102 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

海上换流站的运输与安装通常是模块化、整体化的运输与安装,考虑到在运输过程中经常会受到风浪、潮流甚至地震等外部环境因素对阀塔等精密电气设备产生的影响,提出一种换流阀塔在海上运输时的临时加固措施。采用有限元仿真软件,对运输... 详细信息

海上换流站的运输与安装通常是模块化、整体化的运输与安装,考虑到在运输过程中经常会受到风浪、潮流甚至地震等外部环境因素对阀塔等精密电气设备产生的影响,提出一种换流阀塔在海上运输时的临时加固措施。采用有限元仿真软件,对运输船及其阀厅进行有限元建模,将海洋环境作用力等效为地震效应,在两种极端水平载荷工况下,采用底部剪力法对阀塔自身结构强度进行拟静力分析。仿真结果表明:横向载荷作用下阀塔内部结构件所受应力均大于纵向载荷时所受应力,最大应力发生在横向载荷下铝合金框架为84 MPa,小于材料屈服应力。研究结果可为海上运输换流阀塔提供方案借鉴。

关键词：阀塔海上运输底部剪力法强度分析

一种新型多旋翼无人机着舰装置及安全边界评估方法

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中国舰船研究 2024年第1期19卷 272-279页

作者：孔杰杰王检耀王鸿东上海交通大学海洋工程全国重点实验室上海200240 上海交通大学海洋智能装备与系统教育部重点实验室上海200240

[目的]为解决旋翼无人机在海上无人平台应用时的自主安全着舰问题,开展旋翼无人机着舰装置及其安全评估方法研究。[方法]以多旋翼无人机为对象,基于“鱼叉–格栅”式助降装置原理,设计一种新型的“V形足–网”式着舰装置。建立无人机和... 详细信息

[目的]为解决旋翼无人机在海上无人平台应用时的自主安全着舰问题,开展旋翼无人机着舰装置及其安全评估方法研究。[方法]以多旋翼无人机为对象,基于“鱼叉–格栅”式助降装置原理,设计一种新型的“V形足–网”式着舰装置。建立无人机和甲板的多刚体动力学模型,通过ADAMS在不同横摇幅值和周期条件下开展着舰过程仿真,得到无人机着舰的姿态变化过程、着舰临界周期和稳定时间。[结果]仿真结果显示,相比普通着舰装置,“V形足–网”装置具备更高的对接冗余度,可适应更小的横摇周期和更大的横摇幅值,并可更快达到姿态稳定。[结论]研究表明,所设计的装置相比普通装置安全性更优异,通过仿真得到的装置安全边界,可为无人机着舰控制提供参考依据,进而提高无人机在海上平台的自主着舰可靠性。

关键词：无人机着舰装置动力学仿真安全边界评估

数据驱动的可调螺距桨船舶油耗模型及航速优化

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中国造船 2023年第2期64卷 226-239页

作者：姚凤翔王鸿东张海华王检耀楼建坤上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学海洋智能装备与系统教育部重点实验室上海200240 中国船舶科学研究中心上海分部上海200011

船舶油耗预测是实现船舶航速优化的基础。基于可调螺距桨船舶的历史航行数据,结合极限学习机(ELM)算法,开展数据驱动的船舶油耗预测模型研究。结合可调螺距桨螺距可调的特性,提出基于螺距调节的航速优化方法。以船舶燃油消耗量最小为优... 详细信息

船舶油耗预测是实现船舶航速优化的基础。基于可调螺距桨船舶的历史航行数据,结合极限学习机(ELM)算法,开展数据驱动的船舶油耗预测模型研究。结合可调螺距桨螺距可调的特性,提出基于螺距调节的航速优化方法。以船舶燃油消耗量最小为优化目标,各时段内桨的螺距为优化变量构建船舶航速优化模型,并用改进粒子群算法求解。仿真结果表明:经螺距优化后,船舶单次航程的燃油消耗量减少约3%,进一步验证了通过螺距优化实现船舶节能航行的可行性。

关键词：数据驱动油耗模型可调螺距桨船舶航速优化改进粒子群算法

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接触碰撞动力学的多变量选取方法

力学学报 2014年第2期46卷 318-322页

作者：王检耀洪嘉振刘铸永上海交通大学工程力学系上海200240

在柔性多体的接触碰撞动力学问题中,多变量方法基于附加约束的接触模型,将柔性体的变形用不同变量来描述:接触局部区域的变形用有限元节点坐标描述,非接触局部区域的变形用模态坐标描述,兼顾了计算精度和效率.将该方法推广到三维空间碰... 详细信息

在柔性多体的接触碰撞动力学问题中,多变量方法基于附加约束的接触模型,将柔性体的变形用不同变量来描述:接触局部区域的变形用有限元节点坐标描述,非接触局部区域的变形用模态坐标描述,兼顾了计算精度和效率.将该方法推广到三维空间碰撞问题,对两柔性杆纵向碰撞过程进行动力学仿真,数值结果与实验结果吻合良好,验证了该方法的有效性.针对柔性体各自区域的变量如何选取的问题,研究了节点取法、模态阶数以及材料参数对计算结果精度的影响,寻找到合理的多变量选取方法,保证精度的同时使自由度得到最大程度的缩减.

关键词：柔性多体接触碰撞空间问题多变量选取自由度缩减

基于Icepak的船舶储能电池散热特性仿真分析

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计算机仿真 2023年第1期40卷 517-522,538页

作者：姚凤翔王检耀王鸿东易宏上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海201100

目前全电船舶储能系统主要由锂电池构成,对其进行合理的热设计是保证储能系统安全可靠运行的关键。以某型船用储能电池包为研究对象,分别设计其风冷和水冷散热系统,基于Icepak软件进行两类冷却系统的散热特性仿真及评估。通过改变风冷... 详细信息

目前全电船舶储能系统主要由锂电池构成,对其进行合理的热设计是保证储能系统安全可靠运行的关键。以某型船用储能电池包为研究对象,分别设计其风冷和水冷散热系统,基于Icepak软件进行两类冷却系统的散热特性仿真及评估。通过改变风冷散热系统的入口风速、风扇半径、风扇数量,以及液冷散热系统的冷却液流速、冷却液入口温度等参数,对比分析参数变化对系统散热效果的影响,为全电船舶储能系统散热方案的选取和散热系统的设计提供依据。

关键词：储能电池包风冷散热系统液冷散热系统温度分布参数影响

基于交互模式的柔性体接触碰撞动力学建模方法

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物理学报 2017年第15期66卷 177-185页

作者：王检耀刘铸永洪嘉振上海交通大学工程力学系上海200240

目前对于任意形状的柔性体接触碰撞问题,一般采用有限元离散,通用的建模方法有两类:罚函数法和附加约束法.罚函数法将接触作用视为弹簧阻尼力元,无需求解约束方程,但依赖于碰撞力参数的选取;附加约束法可严格满足接触约束条件,但数值求... 详细信息

目前对于任意形状的柔性体接触碰撞问题,一般采用有限元离散,通用的建模方法有两类:罚函数法和附加约束法.罚函数法将接触作用视为弹簧阻尼力元,无需求解约束方程,但依赖于碰撞力参数的选取;附加约束法可严格满足接触约束条件,但数值求解更为复杂.针对两类接触模型各自的优缺点,提出基于交互模式的建模方法.该方法将整个模型分为局部静力学模块和主体动力学模块,在每个积分步内,局部静力学模块求解接触力,主体动力学模块求解运动学变量,两个模型之间进行位移和力的交互.该方法综合了附加约束法和罚函数法各自的优点,既无需人为选取碰撞参数,又满足局部区域互不嵌入的约束条件,同时数值求解方便.通过杆-板碰撞的实验算例及滑块-滑槽多点碰撞的数值算例,验证了该方法的有效性.

关键词：接触碰撞交互模式法罚函数法附加约束法

基于两种接触模型的柔性体间多次微碰撞问题研究

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振动与冲击 2018年第11期37卷 202-206页

作者：王检耀刘铸永洪嘉振上海交通大学工程力学系上海200240

由于柔性体的弹性振动,柔性结构间的一次宏观碰撞过程中,可能发生多次"接触-分离-接触"的微碰撞过程。多次碰撞行为往往会对结构造成各种形式的损害。为了能正确预测任意形状柔性体的多次微碰撞过程,基于三维实体有限元模型,分别采用罚... 详细信息

由于柔性体的弹性振动,柔性结构间的一次宏观碰撞过程中,可能发生多次"接触-分离-接触"的微碰撞过程。多次碰撞行为往往会对结构造成各种形式的损害。为了能正确预测任意形状柔性体的多次微碰撞过程,基于三维实体有限元模型,分别采用罚函数法和附加约束法的接触模型,对一柔性杆撞击两端固支梁的问题进行研究,并分析了接触刚度、网格尺寸等参数对两种方法仿真结果的影响。数值结果表明,在罚函数法中,只有通过多次试算得到合适的接触刚度及网格尺寸,才能准确预测出多次微碰撞过程的碰撞次数、碰撞力峰值及碰撞持续时间,而附加约束方法无需选取接触刚度并且对网格尺寸的依赖性较小。

关键词：柔性体多次微碰撞罚函数法附加约束法参数影响

三维接触碰撞动力学的多变量方法及接触模型研究

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三维接触碰撞动力学的多变量方法及接触模型研究

作者：王检耀上海交通大学

学位级别：硕士

工程领域存在着大量以柔性体接触碰撞为主要特征的非连续动力学问题。柔性多体接触碰撞动力学中，一直受到两个问题的困扰：一是如何保证接触位置精度的同时提高全局仿真的效率，这涉及到用什么变量对柔性体的运动学进行描述;二是接触... 详细信息

工程领域存在着大量以柔性体接触碰撞为主要特征的非连续动力学问题。柔性多体接触碰撞动力学中，一直受到两个问题的困扰：一是如何保证接触位置精度的同时提高全局仿真的效率，这涉及到用什么变量对柔性体的运动学进行描述;二是接触作用的两种力学模型——附加约束法和罚函数法，它们分别把接触当做约束和力元来处理，在数值仿真中哪种更好？本文研究了接触碰撞动力学的三维问题，对柔性体用模态坐标和节点坐标综合的多变量方法进行描述，兼顾精度和效率，同时研究了多变量方法的节点和模态的选取问题，使自由度最大程度缩减。另外对比研究了附加约束法和罚函数法在不同因素影响下仿真结果的差异。具体的研究工作如下：第一部分研究了三维接触问题的多变量方法。首先基于附加约束的接触模型，推导了以三维等参实体单元离散的柔性多体的动力学方程，详述了三维接触问题相对二维问题的复杂性，包括有限元模型、接触约束、碰撞检测等方面。然后将多变量方法应用到三维空间接触碰撞问题中，通过多个算例的验证，多变量方法在与完全有限元方法、商业软件Ls-Dyna以及实验结果的比较中，体现出了正确性及高效性。第二部分研究了多变量方法的变量选取问题。多变量方法的思想在于将碰撞物体分区域用不同坐标描述，保证计算精度的前提下缩减系统的自由度以提高计算效率。很显然，如何划分接触区域和非接触区域直接决定系统的自由度数，即用多少个节点来描述接触区域以及用多少阶模态来描述非接触区域，同时结果达到精度。但目前所采取的变量选取方法都依赖于人工选择，具有随意性。本文基于两杆纵向碰撞的实验算例，研究了节点取法、模态阶数以及材料参数对计算结果精度的影响，以此为依据寻找到合理的变量选取方法，使自由度得到最大程度的缩减，使多变量方法的效率达到最优化。第三部分研究了两种典型的接触模型：附加约束法和罚函数法，并对它们的计算结果进行比较。罚函数方法以嵌入深度或速度为参数计算碰撞力，并依赖于罚因子等模型参数的选择，而附加约束方法符合物理上接触物体互不穿透的实际，且无需设置任何参数。本文通过对不同情况下罚函数法和附加约束法的结果进行比较，发现了罚函数法的结果受到罚因子、入撞速度、网格密度等因素的影响，而附加约束法几乎不受这些因素的影响。

关键词：接触碰撞三维问题多变量选取附加约束罚函数

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弹性约束充液管道的振动模态试验与预报研究

振动与冲击 2021年第15期40卷 1-10页

作者：张子祥王检耀王鸿东易宏上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学海洋智能装备与系统教育部重点实验室上海200240

充液管道是舰船主要的辐射噪声源和自噪声源之一,严重影响舰船的战斗力,有必要开展弹性约束充液管道振动模态的试验与预报研究。开展了未充液管道的模态试验,在约束未知的条件下基于多目标遗传算法NSGA-Ⅱ实现弹性约束的修正,并基于双... 详细信息

充液管道是舰船主要的辐射噪声源和自噪声源之一,严重影响舰船的战斗力,有必要开展弹性约束充液管道振动模态的试验与预报研究。开展了未充液管道的模态试验,在约束未知的条件下基于多目标遗传算法NSGA-Ⅱ实现弹性约束的修正,并基于双向流固耦合的有限元法预报充液管道的湿模态振动特性。干湿模态有限元仿真结果与试验结果的固有频率平均误差分别为3.06%和2.47%,最大误差分别在0~6.19%和0~5.30%。振型基本相同,符合良好;充液管道湿模态的固有频率较干模态有明显降低,各阶频率漂移比例基本相同。证明了所用方法对管道干模态的约束修正结果可以应用在湿模态有限元分析中并获得良好的仿真精度。采用的多目标优化方法避免了权重选取困难、目标函数物理意义不明确等问题,能根据实际需要和偏好对修正结果进行灵活选择。为相关工作的开展提供了参考和建议。

关键词：振动模态双向流固耦合弹性约束模型修正