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悬臂输流管道内流自激振动稳定性分析

中国造船 2024年第3期65卷 1-12页

作者：马永奇沈义俊杜燕连李萌尤云祥冯爱春海南大学海洋科学与工程学院海口570228 海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室海口570228 海南大学信息与通信工程学院海口570228 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200030

悬臂输流管道是深海采矿装备中最新颖、最具挑战性的装置之一。当管道内流体速度超过临界速度时,可能会引起管道颤振。论文研究不同管道进口流场对悬臂输流管道稳定性的影响,基于管道进口流场模型参数建立了垂直悬臂吸水管道振动控制方... 详细信息

悬臂输流管道是深海采矿装备中最新颖、最具挑战性的装置之一。当管道内流体速度超过临界速度时,可能会引起管道颤振。论文研究不同管道进口流场对悬臂输流管道稳定性的影响,基于管道进口流场模型参数建立了垂直悬臂吸水管道振动控制方程,采用Galerkin方法对控制方程进行离散求解,研究了轴向流速比、流速角比和切向流速比的共同作用对悬臂管道振动临界流速和频率的影响。数值结果表明,进口流场参数对垂直悬臂吸水管道稳定性的影响非常显著。当切向流速比接近零时,临界流速随轴向流速比的增大而降低,而管道的临界频率随着轴向流速比的增大而增大;与轴向流速比,切向流速比对悬臂管道稳定性的影响更为显著。

关键词：悬臂输流管道进口流场模型 Galerkin方法临界流速

碳化对水泥基材料孔径分布及渗透速率影响的数值研究

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建筑材料学报 2024年

作者：童良玉刘清风上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室亚热带建筑与城市科学全国重点实验室

水泥基材料的碳化过程在固碳的同时可密实孔隙结构并提升材料抗渗性能。本文研究了非饱和水泥基材料碳化过程中沉积物在孔隙结构的填充位置，分析了碳化过程对孔径分布及渗透速率的影响.基于复合概率孔径分布，本文构建了碳化后水泥基... 详细信息

水泥基材料的碳化过程在固碳的同时可密实孔隙结构并提升材料抗渗性能。本文研究了非饱和水泥基材料碳化过程中沉积物在孔隙结构的填充位置，分析了碳化过程对孔径分布及渗透速率的影响.基于复合概率孔径分布，本文构建了碳化后水泥基材料非线性孔径分布转化模型和渗透速率预测模型，并分别通过试验数据进行了模型验证.结果表明，在综合考虑碳化后孔隙率和孔径分布变化的情况下，水分渗透速率的预测精度可得到提升.参数化分析显示，碳化时孔饱和度的变化将改变碳化产物在孔隙结构中的沉积位置，进而导致碳化后孔径分布和渗透速率的差异.此外，相较于单一孔隙密实过程，迭代密实过程中材料渗透速率下降率有所减缓.

关键词：水泥基材料固碳孔径分布水分渗透速率

浮式风机钢-混组合立柱的HSEC切条试件抗弯性能研究

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海洋工程 2024年

作者：林煜铭杨健谢东东王星尔宋春雨上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海市公共建筑与基础设施数字化运维重点实验室上海交通大学海洋工程国家重点实验室

基于单侧钢板-端部约束超高性能混凝土（HSEC）的组合形式，研究浮式风机立柱结构的HSEC切条构件抗弯性能。通过试验研究超高性能混凝土（UHPC）强度、跨度和拉结筋间距对构件抗弯性能的影响，结果表明试件受弯无端部滑移呈正截面破坏... 详细信息

基于单侧钢板-端部约束超高性能混凝土（HSEC）的组合形式，研究浮式风机立柱结构的HSEC切条构件抗弯性能。通过试验研究超高性能混凝土（UHPC）强度、跨度和拉结筋间距对构件抗弯性能的影响，结果表明试件受弯无端部滑移呈正截面破坏，均达到较高承载力并展现出良好的延性。钢板的材料性能得到充分利用，拉结筋和端部型钢协同提升试件延性。采用有限元分析端部约束和拉结筋对抗弯性能的作用，探究用钢参数对抗弯性能的影响。分析结果显示，提升钢板强度、含钢率或配筋率，均有效提升极限承载力，且保持延性的正截面破坏模式。无端部型钢约束时，端部产生相对滑移破坏，整体呈脆性的斜截面破坏模式，且承载力较低；UHPC受端部约束时，保持拉结筋间距适当减小拉结筋直径，将提高拉结筋的强度利用率且保持良好的抗弯性能，端部型钢和拉结筋协同确保试件的组合效应和整体承载性能。

关键词：海上浮式风机结构超高性能混凝土单侧钢板-混凝土抗弯性能用钢量

基于层次分析-模糊综合评价法的深海采矿车通行性评估

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中国造船 2024年第3期65卷 135-149页

作者：卢昌宇杨建民陈启航上海交通大学船舶与海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院三亚572024

采矿车在海底非结构化地形的安全通行对深海矿产资源开发具有重要意义。论文基于富钴结壳矿区的环境、地形及地质等特征确定了影响深海采矿车通行性的主要因素,提出融合层次分析-模糊综合评价(AHPFCE)法的通行性评估方法。建立了包括底... 详细信息

采矿车在海底非结构化地形的安全通行对深海矿产资源开发具有重要意义。论文基于富钴结壳矿区的环境、地形及地质等特征确定了影响深海采矿车通行性的主要因素,提出融合层次分析-模糊综合评价(AHPFCE)法的通行性评估方法。建立了包括底质特征、微地形特征和其它海洋环境因素以及9个相关指标的影响通行性的层次评估模型;根据层次分析和专家评价确定各指标的权重因子,并利用模糊综合评价法得到隶属度矩阵;建立基于AHP-FCE法的综合通行性评估方法。结果表明,该方法能评估深海采矿车在模拟矿区的通行性,验证了AHP-FCE评估方法的可行性。

关键词：层次分析-模糊综合评价法深海采矿车复杂海底矿区非结构化地形通行性评估

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大型绞吸挖泥船阻力预报的设置方法

中国造船 2024年第3期65卷 265-275页

作者：陈超余欣王有江陈新权何炎平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 上海交通大学船舶与海洋工程设计研究所上海200240

绞吸挖泥船具有船体肥大、艏艉设有大型开槽等特征,与常规船型有显著区别。这增加了阻力预报的难度。为探究更为精确的阻力预报设置,论文以一艘性能经过船模试验验证的大型绞吸挖泥船为研究对象,基于STAR-CCM+软件,采用SST k-ω和Realiz... 详细信息

绞吸挖泥船具有船体肥大、艏艉设有大型开槽等特征,与常规船型有显著区别。这增加了阻力预报的难度。为探究更为精确的阻力预报设置,论文以一艘性能经过船模试验验证的大型绞吸挖泥船为研究对象,基于STAR-CCM+软件,采用SST k-ω和Realizable k-ε两种湍流模型,在y^(+)=1和y^(+)=50两种条件下进行了静水阻力预报计算。结果表明:在y^(+)=1的条件下计算得到的阻力预报结果相较于y^(+)=50条件下的精度提高了约6%,采用SST k-ω模型计算得到的结果相较于Realizable k-ε模型提高约4%。本研究成果将为自航式绞吸挖泥船的阻力预报提供可靠的参考依据。

关键词：绞吸挖泥船阻力预报计算流体力学

基于模型预测控制的双机组混合动力船舶能量管理研究

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中国舰船研究 2024年第S1期19卷 74-83页

作者：周寅正陈俐上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋智能实验室上海200240 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

[目的]船舶柴电混合动力系统合理分配柴油机和电机输出功率,可大幅降低油耗和排放。针对传统混合动力能量管理策略的性能最优与运算实时的矛盾,提出采用模型预测控制(MPC)进行能量管理瞬时优化。[方法]首先,利用反向建模法搭建由双柴油... 详细信息

[目的]船舶柴电混合动力系统合理分配柴油机和电机输出功率,可大幅降低油耗和排放。针对传统混合动力能量管理策略的性能最优与运算实时的矛盾,提出采用模型预测控制(MPC)进行能量管理瞬时优化。[方法]首先,利用反向建模法搭建由双柴油发电机组、储能系统、岸电组成的客渡船混合动力系统能量流模型;然后,提出以油耗和电能消耗的总温室气体(GHG)排放为目标函数,在系统约束条件下可在线滚动优化求解的MPC能量管理算法,最终进一步进行了不同预测时域长度的灵敏度分析。[结果]仿真结果表明,MPC较传统规则控制方法可分别降低4.85%的燃油消耗量和3.54%的温室气体总排放。[结论]相比于传统的规则控制策略,MPC油耗低,温室气体排放少,且计算负荷较小,具有良好的实船应用潜力。

关键词：双机组混合动力模型预测控制温室气体排放

不同水力集矿模型的矿粒采集及环境扰动特性数值研究

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上海交通大学学报 2024年第7期58卷 1036-1046页

作者：李雨瑶赵国成肖龙飞上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572024

实现高效、低扰动海底集矿是深海多金属结核矿产资源开发面临的关键技术挑战.海底矿粒采集过程的力学行为十分复杂,是一个涉及三维紊动流动、离散粗颗粒运动与细颗粒土体破坏的流固土多物理场耦合过程.针对吸扬式、附壁射流式、射流冲采... 详细信息

实现高效、低扰动海底集矿是深海多金属结核矿产资源开发面临的关键技术挑战.海底矿粒采集过程的力学行为十分复杂,是一个涉及三维紊动流动、离散粗颗粒运动与细颗粒土体破坏的流固土多物理场耦合过程.针对吸扬式、附壁射流式、射流冲采式3种主流的深海水力集矿方法,基于K-Epsilon两层模型和离散元模型分别模拟集矿液相湍流和固相矿粒,进行矿粒采集性能和环境扰动的数值模拟研究,分析集矿流量q m和集矿头拖曳速度v对矿粒采集率η、集矿流场湍动能k和海水-沉积物混合物体积分数φ的影响,探究集矿流场中流速、压力和矿粒的分布特征.结果表明:在相同q m和v下,射流冲采式模型获得的η最大,吸扬式模型获得的η最小;射流冲采式模型对近底流场扰动程度最大,深海沉积物扩散现象也最为明显,而吸扬式和附壁射流式模型造成的环境扰动程度较小,更有利于环保要求;附壁射流式模型的η对q m和v最不敏感,且该集矿模型可以较好地兼顾高效矿粒采集和低环境扰动.研究结果可为揭示集矿机理和设计研发高效低扰动集矿装置提供科学依据.

关键词：深海采矿多金属结核流固土多场耦合矿粒采集效率环境扰动

基于人因工程的船舶驾驶室人机界面布局优化设计

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上海交通大学学报 2024年第2期58卷 201-210页

作者：季煜恒李春通骆晓萌杨雪莲王德禹上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学海洋装备研究院上海200240 中国船舶集团有限公司第十一研究所上海200032 上海外高桥造船有限公司上海200137

为了解决船舶驾驶室人机界面设计采用人工布局所存在的经验性、主观性、随机性的问题,提出一种将虚拟仿真和优化算法相结合的人机界面布局优化设计方法.首先,通过虚拟仿真得到待布局人机界面各区域的操作舒适度以及最优操作点位置;其次... 详细信息

为了解决船舶驾驶室人机界面设计采用人工布局所存在的经验性、主观性、随机性的问题,提出一种将虚拟仿真和优化算法相结合的人机界面布局优化设计方法.首先,通过虚拟仿真得到待布局人机界面各区域的操作舒适度以及最优操作点位置;其次,将人机界面布局准则和人因工程学准则量化为目标函数和约束条件,建立人机界面布局优化数学模型,通过差分进化算法获取大量粒子群算法的粒子初始位置;最后,通过寻优获取人机界面的最优布局并进行虚拟仿真评价.将某控制面板作为算例进行布局优化和虚拟仿真,获取的最优布局结果满足人因工程学准则,人机界面各项性能均有提升.本研究可为船舶驾驶室的高性能人机界面布局设计提供参考.

关键词：人机界面布局优化人因工程虚拟仿真粒子群算法

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带月池驳船式浮式风力机水动力性能

上海交通大学学报 2024年第7期58卷 965-982页

作者：陈易人姚靳羽李明轩张新曙上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

参考Ideol-Floatgen相关设计,对带月池驳船式浮式风力机进行频域水动力性能研究,考虑了月池黏性阻尼的修正.首先对月池的共振模态进行分析,计算风力机在规则波下的水动力系数与不规则波下运动响应谱,并结合DNV相关规范对风力机的安全性... 详细信息

参考Ideol-Floatgen相关设计,对带月池驳船式浮式风力机进行频域水动力性能研究,考虑了月池黏性阻尼的修正.首先对月池的共振模态进行分析,计算风力机在规则波下的水动力系数与不规则波下运动响应谱,并结合DNV相关规范对风力机的安全性进行了评估.结果表明,在作业工况与生存工况下,浮式风力机的动态纵倾与机舱加速度均符合安全性要求.通过对驳船式浮式风力机运动与月池共振的耦合作用的研究,发现风力机的运动会引起月池活塞共振频率的偏移与活塞共振幅值的减小,晃荡共振的频率基本不受影响,但一阶晃荡共振的幅值会增大.与无月池驳船式浮式风力机相比,月池可以降低风力机整体的运动响应,提升风力机整体的水动力性能.对浮式风力机驳船式平台的边长、月池边长与平台吃水进行参数化分析,将风力机的纵荡、垂荡、纵摇响应均方根(RMS)值与机舱加速度响应RMS值作为对比的指标,发现平台边长的增加可以有效降低风力机在作业工况与生存工况下的4项响应RMS值;月池边长的增加可以大幅降低平台生存工况下的4项响应RMS值;平台吃水的增加可以显著降低风力机在作业工况下的4项响应RMS值,并提高生存工况下的垂荡与纵摇响应RMS值.

关键词：驳船式浮式风力机动力响应月池晃荡模态