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基于ASNLS算法的智能浮标浮潜模型参数辨识

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中国舰船研究 2024年第2期19卷 13-20页

作者：钟一鸣于曹阳曹军军姚宝恒连琏上海交通大学海洋学院上海200030 上海交通大学海洋工程全国重点实验室上海200240

[目的]针对智能浮标大深度浮潜模型难以精确量化的问题,提出一种抗数据饱和及测量噪声的最小二乘算法(ASNLS),以实现浮潜多参数识别及深度预测。[方法]首先,在智能浮标浮潜运动灰箱模型中引入其执行机构的非线性动作特性以契合实际模型... 详细信息

[目的]针对智能浮标大深度浮潜模型难以精确量化的问题,提出一种抗数据饱和及测量噪声的最小二乘算法(ASNLS),以实现浮潜多参数识别及深度预测。[方法]首先,在智能浮标浮潜运动灰箱模型中引入其执行机构的非线性动作特性以契合实际模型,并将连续型浮潜运动方程转化为离散模式以匹配实际离散的数据采样方式;然后,将离散型运动方程构造为基于相关函数的表达形式,以减弱噪声对参数辨识的影响;最后,通过调整协方差矩阵的取值,实现该浮潜参数辨识算法的抗数据饱和功能。[结果]基于2021年智能浮标在南海的大深度试验数据,开展了浮潜运动模型参数辨识及深度预测,验证结果表明:相较于传统的最小二乘算法及支持向量机算法,ASNLS算法的收敛速度更快(较最小二乘算法提高了31.8%)、深度预测误差更小(不同深度下的平均绝对百分比误差均小于9%)。[结论]ASNLS算法可为智能浮标的深度控制和预报提供有效的浮潜模型支撑。

关键词：智能浮标参数辨识抗数据饱和及测量噪声的最小二乘算法运动预测数据饱和

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深水桥梁浮式基础系泊体系研究

中国公路学报 2024年

作者：向升冷欣泽程斌上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海交通大学海洋工程全国重点实验室

浮式桥梁在深水软弱地基水域具有良好的应用前景，其浮式基础动力特性受下部系泊体系影响显著，目前相关研究较为有限。针对斜向索系泊、张力腿系泊、组合式系泊三种体系浮式基础开展了1:70水动力缩尺模型试验，结合结构固有频率、幅值... 详细信息

浮式桥梁在深水软弱地基水域具有良好的应用前景，其浮式基础动力特性受下部系泊体系影响显著，目前相关研究较为有限。针对斜向索系泊、张力腿系泊、组合式系泊三种体系浮式基础开展了1:70水动力缩尺模型试验，结合结构固有频率、幅值响应算子和功率谱密度曲线对各体系浮式基础的动力特性进行了研究和对比，明确了不同系泊体系的适用波浪环境。进一步基于水动力数值模拟对组合式系泊体系开展了考虑不同斜向索-张力腿刚度比和整体系泊刚度的参数分析，得到了系泊索刚度设置对此类浮式基础的影响规律。研究结果表明：斜向索系泊体系具有较宽的高响应频带，各自由度运动耦合关系明显，仅适用于低浪高水域；张力腿系泊体系的低频水平运动显著，相同不规则波作用下的水平运动响应可达其他两类体系的2.3倍，不适用于存在低频涌浪的水域；组合式系泊体系的水平运动幅值响应算子峰值较大，但高响应出现在较窄频带内，通过调节系泊索刚度使结构水平共振频率远离波浪谱峰频率，可有效降低结构动力响应，此类体系的适用范围较广。本研究可为深水桥梁浮式基础的后续研究与应用提供参考借鉴。

关键词：桥梁工程浮式基础模型试验系泊系统水动力响应

基于ECM和SGPR的高鲁棒性锂离子电池健康状态估计方法

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上海交通大学学报 2024年第5期58卷 747-759页

作者：崔显陈自强上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

锂离子电池健康状态(SOH)的准确估计对于保障电池系统安全运行具有重要意义.针对传统SOH估计方法在可变工况下失效的问题,提出了一种基于等效电路模型和稀疏高斯过程回归的锂离子电池SOH在线估计方法.通过两个在线滤波器,在恒流充电过... 详细信息

锂离子电池健康状态(SOH)的准确估计对于保障电池系统安全运行具有重要意义.针对传统SOH估计方法在可变工况下失效的问题,提出了一种基于等效电路模型和稀疏高斯过程回归的锂离子电池SOH在线估计方法.通过两个在线滤波器,在恒流充电过程中动态地辨识了锂离子电池等效电路模型的各项参数,构建了工况不敏感的健康因子,结合稀疏高斯过程回归实现SOH的间接估计.该方法在多种工况下使用统一的信号处理方法和特征映射模型,兼具鲁棒性强和冗余度低的优点.实验结果表明,该方法在多种工况下的平均绝对误差不超过0.94%,均方根误差不超过1.12%,与现有方法相比,该方法在综合性能上具有显著优势.

关键词：锂离子电池健康状态健康因子粒子滤波稀疏高斯过程回归

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三维背景洋流作用下海洋细长管线位移场反演研究

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上海交通大学学报 2024年

作者：郭力袁昱超唐文勇上海交通大学海洋工程全国重点实验室船舶海洋与建筑工程学院

海洋管线在海洋工程装备中应用广泛，在黑暗未知的海底极易受到船锚、深潜器等水下结构物的意外破环，开展海洋管线平衡位形状态监测研究可有效保障管线的安全。本文基于逆有限元法开发了海洋管线在三维背景洋流作用下的位移场反演模型... 详细信息

海洋管线在海洋工程装备中应用广泛，在黑暗未知的海底极易受到船锚、深潜器等水下结构物的意外破环，开展海洋管线平衡位形状态监测研究可有效保障管线的安全。本文基于逆有限元法开发了海洋管线在三维背景洋流作用下的位移场反演模型，包含输入参数模块、坐标转换模块和位移重构函数模块，考虑了悬链线型海洋管线曲率大、三向耦合大位移、局部翻转等特征，解决了三维背景洋流作用下悬链线型管线位移场低模态、不规则给位移场反演带来的技术难题，研究了监测点数量和监测点布置位置对位移场反演精度的影响，测点间距100m、30°布置的方式可满足工程精度要求，研究结果可为海洋管线健康监测系统设计提供一定的思路和方法。

关键词：海洋管线三维来流逆有限元位移重构

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KCS船模静水航行破波噪声数值预报

中国造船 2024年第3期65卷 234-243页

作者：于连杰王建华万德成上海交通大学船海计算水动力学研究中心(CMHL) 海洋工程全国重点实验室船舶海洋与建筑工程学院上海200240

水下噪声涉及舰船隐身性以及舒适性。静水中航行兴破碎波现象由于复杂的两相流特性,其噪声预报尤为困难。论文采用Deane-Czerski经验公式并改进了其中部分参数的计算公式,对常见的破波气泡分布进行噪声预报的研究。数据表明,论文预报结... 详细信息

水下噪声涉及舰船隐身性以及舒适性。静水中航行兴破碎波现象由于复杂的两相流特性,其噪声预报尤为困难。论文采用Deane-Czerski经验公式并改进了其中部分参数的计算公式,对常见的破波气泡分布进行噪声预报的研究。数据表明,论文预报结果与试验结果较为吻合,这对未来水下噪声预报提供了一个可行方案。然后对一艘国际标准船模KCS进行船首兴波破碎流动模拟。选取Fr=0.35工况,采用开源CFD工具包OpenFOAM求解器,流场模拟选择延迟分离涡模拟方法。针对FW-H声学方程中的偶极子和四极子项对声压的贡献进行分析。结果表明:在低频范围,四极子声压占主导;在中间频率范围,偶极子声压占主导;在高频范围,气泡噪声占主导。

关键词： KCS船模船首兴波破碎破波噪声 Deane-Czerski模型

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统一理论计算船舶水动力的实用性研究

中国舰船研究 2024年

作者：王正锐朱仁传徐德康李超凡上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海交通大学海洋工程全国重点实验室

[目的]旨在解决用切片理论计算细长船舶水动力时存在的低频限制问题，以便能够使用简易的方法高效计算更广频率范围内的细长船舶水动力。[方法]基于综合了切片理论和普通细长体理论的统一理论，编程计算椭球、修改的Wigley船模和S60船... 详细信息

[目的]旨在解决用切片理论计算细长船舶水动力时存在的低频限制问题，以便能够使用简易的方法高效计算更广频率范围内的细长船舶水动力。[方法]基于综合了切片理论和普通细长体理论的统一理论，编程计算椭球、修改的Wigley船模和S60船的附加质量与阻尼系数，并与实验值、切片理论、三维移动脉动源格林函数法等的计算结果进行对比，分析统一理论的计算特点及优势。[结果]结果表明，基于二维剖面的统一理论在零航速工况下的计算结果与三维面元法的计算结果基本一致，在有航速工况下的计算结果与三维移动脉动源格林函数法的计算值展现出了相近的变化规律。[结论]研究表明统一理论能够反映低频区域的三维效应，相比三维方法更高效、更简易，有较高的实用价值。

关键词：统一理论切片理论三维效应船舶水动力

基于风浪环境联合概率的可移动式风电装备效能预报

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中国造船 2024年第1期65卷 133-145页

作者：兰一雄徐胜文刘晓雷汪学锋上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

为了准确分析和评估可移动式风电装备的发电能力及其影响因素,针对5 MW级可移动式漂浮风机,在SIMA软件中建立了风机-浮体-推进器全耦合时域仿真模型,对风机和浮体的仿真模型进行验证和标定,开展系列风浪流联合作用以及不同移动状态下的... 详细信息

为了准确分析和评估可移动式风电装备的发电能力及其影响因素,针对5 MW级可移动式漂浮风机,在SIMA软件中建立了风机-浮体-推进器全耦合时域仿真模型,对风机和浮体的仿真模型进行验证和标定,开展系列风浪流联合作用以及不同移动状态下的时域仿真。基于风浪环境联合概率密度对可移动式漂浮风机的全年发电能力进行统计分析,发现可移动式漂浮风机的全年净发电功率期望值能达到常规锚泊式风机的70%。分析不同海况下风机所受的风浪流环境力,发现在推进器抵抗的环境力中风轮推力占主导。比较定点和随风移动作业状态下可移动式漂浮风机的发电能力,发现在移动状态下全年发电期望值提高了24%。

关键词：可移动式风电装备漂浮风机动力定位时域仿真全年发电期望值

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新型船用复合材料夹芯夹筋厚板损伤行为分析

中国舰船研究 2024年

作者：童浩袁昱超唐文勇上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海交通大学海洋工程全国重点实验室

[目的]为解决大厚度碳纤维层合板在船海领域应用难的问题，提出一种由薄板组合成型的夹筋夹芯厚板结构。[方法]首先，基于连续损伤力学理论、二维Hashin失效准则和内聚力单元技术，建立组合厚板有限元分析模型；然后，对比分析组合厚板... 详细信息

[目的]为解决大厚度碳纤维层合板在船海领域应用难的问题，提出一种由薄板组合成型的夹筋夹芯厚板结构。[方法]首先，基于连续损伤力学理论、二维Hashin失效准则和内聚力单元技术，建立组合厚板有限元分析模型；然后，对比分析组合厚板不同方向的弯曲性能；接着，通过分析胶层和碳纤维增强基复合材料（CFRP）的渐进损伤过程，研究组合厚板在垂直筋方向弯曲过程中的破坏行为和失效机制，并讨论胶接强度对组合厚板损伤行为的影响。[结果]结果显示，相比于顺筋方向，组合厚板垂直筋方向的弯曲刚度更高；在垂直筋方向弯曲过程中，筋板与面板界面处的胶层首先会出现损伤，然后在剪切力的作用下迅速扩展，最终形成界面破坏和面板0°铺层纤维撕裂相互促进的混合失效模式。胶接强度较弱时，胶层先损伤；胶接强度较强时，层合板先损伤。胶层主要承受Ⅱ型和Ⅲ型撕裂模式下的剪切作用，其中顺筋方向的剪切应力是胶层出现初始损伤的主要原因。[结论]研究新型组合厚板在垂直筋方向弯曲过程中的损伤行为，可为大厚度复合材料夹芯夹筋板在船海主承力结构上的推广应用提供技术参考。

关键词：碳纤维大厚度板胶接损伤演化数值模拟

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半浸桨“杯”型结构水动力性能影响分析

中国舰船研究 2024年

作者：严彬傅慧萍李杰上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海交通大学海洋工程全国重点实验室

[目的]旨在研究“杯”型结构对半浸式螺旋桨水动力性能的影响规律和作用机理。[方法]基于RANS方法并结合流体体积（VOF）方法以及滑移网格方法，对自然通气工况下841-B半浸桨及其“杯”型结构改型桨开展数值模拟；在验证数值模拟方法有... 详细信息

[目的]旨在研究“杯”型结构对半浸式螺旋桨水动力性能的影响规律和作用机理。[方法]基于RANS方法并结合流体体积（VOF）方法以及滑移网格方法，对自然通气工况下841-B半浸桨及其“杯”型结构改型桨开展数值模拟；在验证数值模拟方法有效性的基础上，基于二分法调整随边角度以使基准半浸桨“杯”型结构变化，从而对系列桨开展计算和研究。[结果]研究显示，“杯”型结构变化对半浸桨的推力和扭矩影响显著，但对效率的影响相对较小；增大“杯”型结构会使桨出水时附带更多水体，造成桨后兴波和液滴飞溅加剧。[结论]所采用的研究方法和所得结论可为半浸桨的设计提供参考。

关键词：半浸式螺旋桨 "杯"型结构随边角度水动力性能