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数字化船舶EEDI验证方法

中国机械工程 2022年第10期33卷 1189-1194页

作者：王志芳阳子轩陈庆任中国船级社武汉规范研究所武汉430022 湖北大学知行学院计算机与信息工程学院武汉430011

为提高我国内河船舶能效设计指数(EEDI)预报精度和速度,促进内河船舶能效评估的推进及能效水平的提升,研发了内河船舶EEDI数字化验证评估系统。收集典型内河船舶船模水池试验数据样本并将其分为两部分,利用其中一部分对艾尔法阻力评估... 详细信息

为提高我国内河船舶能效设计指数(EEDI)预报精度和速度,促进内河船舶能效评估的推进及能效水平的提升,研发了内河船舶EEDI数字化验证评估系统。收集典型内河船舶船模水池试验数据样本并将其分为两部分,利用其中一部分对艾尔法阻力评估计算方法进行分析和改进,在此基础上提出了适用于方形系数大的宽扁型内河双机双桨船舶阻力曲线估算和有效功率计算的改进艾尔法,利用另一部分样本对改进的艾尔法进行验证,结果表明修正版艾尔法比原方法的预报误差从9.4%降至3.4%。基于所提方法对收集的32艘实船航速数据进行测试验证,结果表明该方法预报精度高,平均误差仅2.678%,远低于船东可接受的5%的误差。最后开发了船舶EEDI数字化验证软件,以满足内河船舶EEDI经济、快速验证的需要,促进内河船舶绿色高效发展。

关键词：船舶工程能效设计指数艾尔法阻力预报航速预报数字化验证

MPS-FEM耦合方法数值仿真弹性圆柱砰击自由液面的水弹性响应问题

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Acta Mechanica Sinica 2022年第11期38卷 67-78页

作者：黄聪祎张冠宇万德成 Computational Marine Hydrodynamics Lab School of Naval ArchitectureOcean and Civil EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai200240China

在船舶工程和海洋工程领域中,结构入水是一个典型的流固耦合问题.在入水过程中,结构物与流体砰击引起的水弹性效应引起了研究人员的广泛关注.在本文中,采用MPS-FEM耦合方法求解流固耦合问题.其中,MPS方法非常适用于模拟剧烈的自由表面流... 详细信息

在船舶工程和海洋工程领域中,结构入水是一个典型的流固耦合问题.在入水过程中,结构物与流体砰击引起的水弹性效应引起了研究人员的广泛关注.在本文中,采用MPS-FEM耦合方法求解流固耦合问题.其中,MPS方法非常适用于模拟剧烈的自由表面流动,FEM方法在求解结构的变形时的准确性和鲁棒性较高.本文发展MPS-FEM耦合方法,数值仿真分析了圆柱砰击流体自由表面时的水弹性响应问题.首先对刚性圆柱的入水过程进行了数值计算,所得结果与已有文献数据吻合较好.接着对弹性圆柱入水过程进行模拟,分别对结构弹性和冲击速度进行了变量分析.

关键词：耦合方法船舶工程变量分析砰击自由表面流动求解结构自由液面冲击速度

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船舶救助艇释放运动建模与仿真

交通运输工程学报 2022年第2期22卷 233-245页

作者：邱绍杨任鸿翔张秀凤王德龙孙健肖方兵大连海事大学航海学院辽宁大连116026 大连海事大学人工智能学院辽宁大连116026

采用Kane方法建立了救助艇释放运动模型,考虑了救助艇、柔性吊臂、吊索及船舶之间耦合运动;采用集中质量法建立了吊臂模型,根据弹性应变能函数及耗散函数计算了吊臂的内力;将救助艇和船舶之间的碰撞分为压缩和恢复2个阶段,分别根据赫兹... 详细信息

采用Kane方法建立了救助艇释放运动模型,考虑了救助艇、柔性吊臂、吊索及船舶之间耦合运动;采用集中质量法建立了吊臂模型,根据弹性应变能函数及耗散函数计算了吊臂的内力;将救助艇和船舶之间的碰撞分为压缩和恢复2个阶段,分别根据赫兹接触理论和永久凹坑的接触力模型计算碰撞力;将吊臂模型与基于伯努利-欧拉梁理论的模型对比,稳定状态的吊臂形状基本一致;将救助艇释放运动模型与现有方法对比,进行了横浪条件下救助艇释放仿真试验与救助艇轨迹在水平和竖直方向的误差分析。分析结果表明:在波高为3m,波长为245m时,本文方法的平均绝对误差分别为0.11和0.12m,现有方法的平均绝对误差分别为0.54和0.34m;在波高为2m,波长为60m时,本文方法的平均绝对误差分别为0.09和0.14m,现有方法的平均绝对误差分别为1.72和0.31m;本文方法平均绝对误差均低于现有方法,可见本文方法提高了横浪条件下救助艇释放运动的计算精度;与碰撞试验对比,水平和竖直方向加速度峰值的相对误差分别约为0.5%和60.0%,水平方向加速度的峰值具有较高精确度,可见救助艇释放运动模型可用于辅助分析碰撞试验;根据救助艇释放运动模型,横浪条件下,为避免发生碰撞,4级海况时,救助艇与船舷初始距离最小为2.0倍艇宽,5级海况时,救助艇与船舷初始距离最小为2.5倍艇宽。

关键词：船舶工程救助艇多体动力学 Kane方法集中质量法赫兹接触

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纯电动绿色船舶长航程航次规划与充换电策略

交通运输工程学报 2024年

作者：梁民仓王胜正上海海事大学商船学院浙江海洋大学船舶与海运学院

针对纯电动船舶长航程航次规划和充换电站选址的动态规划问题，提出了一种可行的多变量、多目标优化模型，实现航速和充换电策略的同步优化；建立了能耗最低和航时最短的双目标函数，分析了影响纯电动船舶长航程航次规划的环境和操作因... 详细信息

针对纯电动船舶长航程航次规划和充换电站选址的动态规划问题，提出了一种可行的多变量、多目标优化模型，实现航速和充换电策略的同步优化；建立了能耗最低和航时最短的双目标函数，分析了影响纯电动船舶长航程航次规划的环境和操作因素，构建了约束条件；研究了集装箱式电池运营管理模式，建立了能量补给按照实际耗电量计费和更换电池一次性计费2种优化模型；利用非支配排序遗传算法完成了模型求解并进行试验案例验证。研究结果表明：基于案例数据条件，优化前以保证续航到第2个充换电站进行补给的最大平均航速8.5 kn计算，需耗能96 637.7 kWh、总航时62.1 h；以实际耗电量计费时，采用优化模型得到的充换电策略均是在第2个充换电站进行补给，以最短航时为优化目标时总航时仅需56.9 h，以最低能耗为优化目标时总能耗仅需65 762.5 kWh；以更换电池一次性计费时，优化模型的结果存在2种策略，即全程不换电池和在第2个充换电站更换一次电池，并且满足在更换电池前累积能耗接近船载电池的总容量，可最大程度利用能量；建立的优化模型能够给出不同电池运营管理模式和用户偏好条件下的最优航速和充换电策略，并且能够应用于充换电站选址决策，对提高纯电动绿色船舶的运营效益具有重要意义。

关键词：船舶工程纯电动绿色船舶长航程航次规划充换电策略选址动态规划多目标优化

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船舶工程基础力学

一种基于双重非线性正反馈的节能降碳航向保持控制方法

2021年

作者：孙方遒编

本书以船舶制造为背景，全面审视知识内容，对知识模块进行了梳理，力求使工程力学理论知识应用于船舶工程实际。全书除引论外，共分为船舶构件基础力学问题分析、船舶构件承载能力分析、知识能力拓展三个模块，任务实例选自船舶工程技... 详细信息

本书以船舶制造为背景，全面审视知识内容，对知识模块进行了梳理，力求使工程力学理论知识应用于船舶工程实际。全书除引论外，共分为船舶构件基础力学问题分析、船舶构件承载能力分析、知识能力拓展三个模块，任务实例选自船舶工程技术、船舶动力工程技术、船舶电气工程技术、焊接技术与自动化、工业机器人技术等专业的力学应用实例，实现工程力学基本概念和基础应用的结合，弱化理论推导和计算，侧重实际应用，融入安全意识、优化节约等素质目标，同时创新训练项目。本书适用于传统手段教学，也适用线上、线下混合式理实一体化模式的教学，可作为高等院校机械类、近机械类专业的教学用书，也可供相关工程技术人员工作时参考。

关键词：船舶工程力学高等学校教材

来源：汇雅图书（南通市图书馆... 评论

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中国舰船研究 2024年

作者：范佳明张显库马道成大连海事大学航海学院

【目的】为了解决船舶航向保持过程中舵角幅值过大以及舵角变换率过高而导致能量消耗过大的问题。【方法】采用闭环增益成形算法设计控制器，引入双重非线性反馈算法，通过双极性S函数与反正切函数的结合降低舵角幅值与操舵频率，最后... 详细信息

【目的】为了解决船舶航向保持过程中舵角幅值过大以及舵角变换率过高而导致能量消耗过大的问题。【方法】采用闭环增益成形算法设计控制器，引入双重非线性反馈算法，通过双极性S函数与反正切函数的结合降低舵角幅值与操舵频率，最后使用正反馈的方法实现整个控制系统的控制。【结果】仿真结果表明，所提出的双重非线性反馈控制方法在6级海况和8级海况下，代表舵机能耗的综合节能评价指标分别改进了31.12%和14.98%。【结论】验证了双重非线性反馈在节省舵机能耗，降低船舶航行过程中碳排放方面具有较好效果以及正反馈和负反馈的等价控制效果。为船舶航向保持控制的研究提供了较好的应用参考价值。

关键词：船舶工程航向保持控制节能降碳双重非线性反馈正反馈闭环增益成形算法

基于ANSYS-AQWA的垫挡船码头靠泊特性分析

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2023年第3期42卷 78-83页

作者：袁培银李渝锋赵宇张哲重庆交通大学航运与船舶工程学院重庆400074 重庆交通大学建筑与城市规划学院重庆400074

船舶逐步向标准化、大型化的方向发展,有效减少或避免大型船舶对码头碰撞是工程领域亟待解决的问题。采用ANASYS-AQWA仿真软件,基于三维势流理论与时域分析方法,结合山区河流水流湍急、流量变幅大的特点,采用数值分析的方法,研究了船舶... 详细信息

船舶逐步向标准化、大型化的方向发展,有效减少或避免大型船舶对码头碰撞是工程领域亟待解决的问题。采用ANASYS-AQWA仿真软件,基于三维势流理论与时域分析方法,结合山区河流水流湍急、流量变幅大的特点,采用数值分析的方法,研究了船舶在不同系泊方式下的系泊运动响应特性。研究结果表明:0°和180°的浪向角对纵荡幅值响应算子的影响最明显;90°的浪向角对横荡、垂荡和横摇响应较大,对纵荡、纵摇和艏摇影响较小;2-7-2系泊方式对于船舶的横向运动限制更好;4-4-4系泊对于船舶的纵向运动限制更好。

关键词：船舶工程三维势流理论垫挡船幅值响应算子系泊特性码头靠泊

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船舶并网光伏电力系统稳定性

交通运输工程学报 2021年第5期21卷 177-188页

作者：李清孙玉伟吴健袁成清汤旭晶严新平武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 交通运输部水运科学研究院北京100088 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室湖北武汉430063

为分析高渗透率光伏并网导致船舶电力系统等效转动惯量降低,静态和暂态稳定性恶化的问题,以中国首艘集成并网光伏电力系统的"中远腾飞"轮汽车滚装运输船为研究对象,根据船舶电力负荷计算书和电气系统图建立了船舶并网光伏电力系统仿真模... 详细信息

为分析高渗透率光伏并网导致船舶电力系统等效转动惯量降低,静态和暂态稳定性恶化的问题,以中国首艘集成并网光伏电力系统的"中远腾飞"轮汽车滚装运输船为研究对象,根据船舶电力负荷计算书和电气系统图建立了船舶并网光伏电力系统仿真模型;光伏并网逆变器采用恒功率控制策略,对比了牛顿-拉夫逊、XB快速解耦、BX快速解耦、龙格-库塔、Iwanoto和简单鲁棒算法在系统潮流分析中的效果差异;对比了8组仿真算例,研究了不同光伏渗透率下系统的静态稳定性,分析了光伏并网运行中连续负载和艏侧推器顺次启动过程对系统暂态稳定性的影响。分析结果表明:牛顿-拉夫逊法的迭代次数仅为4次,动态仿真时长仅为Iwanoto算法的10.4%,其他6项评估参数与多种算法结果均值一致,在6种方法中最适于计算强耦合刚性电力系统潮流;随着光伏渗透率的提升,其系统的总有功和无功功率损失呈增长趋势,尤其当渗透率超过33.36%时,无功功率损失是有功功率损失的10倍;21.32%渗透率下,与同步发电机组相同功率等级的动力负载启动将导致船舶电力系统同时出现暂态功角和电压失稳;并网型光伏系统能够快速补偿船舶电力系统的低频振荡,但不能在维持或恢复船舶电力系统暂态稳定过程中起到有效作用。

关键词：船舶工程船舶电力系统光伏系统并网系统仿真静态稳定性暂态稳定性

基于AHP的龙门吊船装卸货物作业安全风险分析

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2022年第3期41卷 143-148页

作者：范晓飚卫泽亮程志友赵俊达周昔东重庆交通大学航运与船舶工程学院重庆400074

为更科学地评判船舶安全风险导致的海事事故,以龙门吊船装卸货物作业为研究对象,根据龙门吊船装卸货物作业安全风险的影响因素,通过层次分析法研究并建立安全风险的评价模型;计算龙门吊船装卸货物作业时以人、船、环境及装卸设备等为主... 详细信息

为更科学地评判船舶安全风险导致的海事事故,以龙门吊船装卸货物作业为研究对象,根据龙门吊船装卸货物作业安全风险的影响因素,通过层次分析法研究并建立安全风险的评价模型;计算龙门吊船装卸货物作业时以人、船、环境及装卸设备等为主要影响因素的安全风险权重,分析各个因素对龙门吊船装卸货物作业安全的影响程度;针对计算结果进行分析,并提出龙门吊船装卸货物作业安全建议。研究结果表明:安全风险评价方法及评判模型考虑了龙门吊船装卸货物作业安全风险影响的主要因素,反映出龙门吊船装卸货物作业安全风险导致的海事事故特征。

关键词：船舶工程层次分析法龙门吊船舶装卸货物安全风险