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基于双充电状态的锂离子电池健康状态估计

上海交通大学学报 2022年第3期56卷 342-352页

作者：卢地华陈自强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

针对锂离子电池实际应用中存在不完全充放电而导致的充电起始点及截止点不确定问题,提出一种基于双充电状态因子的电池健康状态估计方法.搭建电池老化实验台架,采用8块镍钴锰锂离子电池进行老化实验;区别于传统单状态因子估计,选取不同... 详细信息

针对锂离子电池实际应用中存在不完全充放电而导致的充电起始点及截止点不确定问题,提出一种基于双充电状态因子的电池健康状态估计方法.搭建电池老化实验台架,采用8块镍钴锰锂离子电池进行老化实验;区别于传统单状态因子估计,选取不同老化阶段下恒压充电状态前端等时间差的电流平均值,以及恒流充电状态末端等幅值电压的充电时间构造健康因子;分析不同老化阶段实验电池的荷电状态-开路电压对应关系,通过理论推导及实验结果证明健康因子的正确性;建立具备强泛化能力的改进支持向量回归模型,并通过粒子群算法优化模型超参数.实验结果表明:所提双充电状态健康因子与电池老化衰减密切相关,所建立的改进支持向量回归模型可实时估计不同老化状态下的电池健康状态,具备容量局部回弹变化的表征能力,可作为一种有效的嵌入式电池管理系统健康状态估计方法.

关键词：锂离子电池健康状态估计支持向量回归双充电状态老化实验

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含复合材料结构的非黏结柔性立管弯曲特性

上海交通大学学报 2022年第9期56卷 1247-1255页

作者：刘庆升薛鸿祥袁昱超唐文勇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

非黏结柔性立管常用于将海底油气资源输送到平台,有时因设计需要会包含复合材料圆柱壳层结构.以一类8层的非黏结柔性立管为研究对象,分析了含有复合材料圆柱壳层结构的非黏结柔性立管的弯曲特性.提出了一种作用于非黏结柔性立管的轴对... 详细信息

非黏结柔性立管常用于将海底油气资源输送到平台,有时因设计需要会包含复合材料圆柱壳层结构.以一类8层的非黏结柔性立管为研究对象,分析了含有复合材料圆柱壳层结构的非黏结柔性立管的弯曲特性.提出了一种作用于非黏结柔性立管的轴对称载荷和弯曲载荷联合作用的理论模型,同时建立了计及详细几何特性的非黏结柔性立管数值模型进行了验证.分析了两种典型复合材料及其纤维体积分数对非黏结柔性立管弯曲特性的影响.理论与数值结果吻合较好,计算结果表明:非黏结柔性立管的弯曲特性受复合材料圆柱壳层轴向弹性模量影响较大,轴向弹性模量较大的复合材料会较大地增强完全滑移阶段的非黏结柔性立管的弯曲刚度.非黏结柔性立管的轴向抗拉刚度和完全滑移阶段的弯曲刚度都随着复合材料圆柱壳层的纤维体积分数增大,接近线性增强.

关键词：非黏结柔性立管复合材料圆柱壳层弯曲刚度纤维体积分数

基于参数化水平集方法的水下耐压结构的拓扑优化

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船舶力学 2022年第3期26卷 400-413页

作者：蒋垣腾赵敏上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

利用参数化水平集方法可以得到结构轮廓的清晰边界的特性,本文基于径向基函数插值得到的参数化水平集方法,提出了一种新的可扫描有遮蔽区域的边界搜索方法,实现了静水压力载荷下的水下耐压结构的拓扑优化设计。以结构柔度最小化为目标函... 详细信息

利用参数化水平集方法可以得到结构轮廓的清晰边界的特性,本文基于径向基函数插值得到的参数化水平集方法,提出了一种新的可扫描有遮蔽区域的边界搜索方法,实现了静水压力载荷下的水下耐压结构的拓扑优化设计。以结构柔度最小化为目标函数,以结构体积为设计约束,结合改进的拉格朗日算子,研究了不同边界约束条件下水下耐压结构的优化设计问题。优化结果表明,该方法可以处理诸如多球交接耐压结构等复杂边界条件下的水下耐压结构拓扑优化问题,对于新型水下耐压结构的探索具有工程应用价值。

关键词：水下耐压结构拓扑优化设计相关载荷径向基函数参数化水平集方法边界搜索方法

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基于阻尼结构-声腔耦合的声学拓扑优化研究

船舶力学 2023年第11期27卷 1707-1717页

作者：邹铭鑫夏利娟上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

敷设阻尼材料能有效抑制结构振动和噪声,对阻尼结构进行内声场谐响应分析,通过拓扑优化实现阻尼结构的降噪优化设计。考虑结构-声场的弱耦合,以复刚度法模拟阻尼材料,采用有限元法分别计算结构动响应和内辐射噪声。使用SIMP变密度法建... 详细信息

敷设阻尼材料能有效抑制结构振动和噪声,对阻尼结构进行内声场谐响应分析,通过拓扑优化实现阻尼结构的降噪优化设计。考虑结构-声场的弱耦合,以复刚度法模拟阻尼材料,采用有限元法分别计算结构动响应和内辐射噪声。使用SIMP变密度法建立优化模型,推导目标声压关于单元密度的灵敏度,利用移动渐近线法迭代求解,获得降噪最优阻尼布局。编制声学拓扑优化程序,通过算例验证优化方法的可行性,讨论目标频率、声压参考点位置和体积约束分数对优化结果的影响。

关键词：阻尼结构声学拓扑优化有限元法移动渐进法

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带月池驳船式浮式风机水动力性能

上海交通大学学报 2023年

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

参考Ideol-Floatgen相关设计，对带月池驳船式浮式风机进行频域水动力性能研究，考虑了月池粘性阻尼的修正。首先对月池的共振模态进行分析，计算风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机进行频域水动力性能研究，考虑了月池粘性阻尼的修正。首先对月池的共振模态进行分析，计算风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机运动与月池共振的耦合作用的研究，发现风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机相比，月池可以降低风机整体的运动响应，提升风机整体的水动力性能。对浮式风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，将风机的纵荡、垂荡、纵摇响应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机在作业工况与生存工况下的四项响应RMS值；月池边长的增加可以大幅降低平台生存工况下的四项响应RMS值；平台吃水的增加可以显著降低风机在作业工况下的四项响应RMS值，并提高生存工况下的垂荡与纵摇响应RMS值。

关键词：驳船式浮式风机动力响应月池晃荡模态

NARMAX模型在海上风机风载荷预测的研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2023年第2期38卷 312-318页

作者：王立志孔荷林范菊上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

海上风机是近期内最具开发潜力的新型风电技术,其在海上的气动载荷计算与预测对于风机系统耦合分析极其重要。该文以NREL-5MW风力机与塔架模型为研究对象,构建脉动风场,采用CFD方法对风力机的叶轮推力进行计算。对于不同平均风速下的风... 详细信息

海上风机是近期内最具开发潜力的新型风电技术,其在海上的气动载荷计算与预测对于风机系统耦合分析极其重要。该文以NREL-5MW风力机与塔架模型为研究对象,构建脉动风场,采用CFD方法对风力机的叶轮推力进行计算。对于不同平均风速下的风载荷预测,由高风速下脉动风速作为系统的输入,计算得到的叶轮推力作为系统的输出,根据NARMAX模型理论,系统识别后,以建立起的NARMAX系统模型用以预报其他不同脉动风下的风载荷。这给求解风机系统在各种实际风浪作用下的耦合运动分析提供了一种新思路。

关键词：海上风机脉动风风载荷 NARMAX模型

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带月池的同轴双立柱垂荡运动特性研究

水动力学研究与进展（A辑） 2022年第4期37卷 501-511页

作者：支鹏飞张新曙上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

该文基于线性势流理论,研究了带月池的同轴双立柱垂荡运动的水动力特性。利用半解析方法特征函数匹配法建立矩阵方程,对立柱辐射问题进行求解,同时使用WAMIT进行了计算验证。并对同轴立柱的垂荡运动水动力特性进行了一系列参数分析,研... 详细信息

该文基于线性势流理论,研究了带月池的同轴双立柱垂荡运动的水动力特性。利用半解析方法特征函数匹配法建立矩阵方程,对立柱辐射问题进行求解,同时使用WAMIT进行了计算验证。并对同轴立柱的垂荡运动水动力特性进行了一系列参数分析,研究了月池直径、外柱外径、内柱和外柱吃水等参数对内柱的水动力特性及月池中心点波高的影响。研究表明:内柱的附加质量和阻尼系数及其所受到的波浪激励力、月池活塞共振频率及共振频率附近的月池中心点波高会随月池直径的增大、内柱吃水的增大以及外柱吃水的减小而减小;内柱的水动力学系数及其所受到的波浪激励力则随外柱外径与月池直径之比a2/a0的增大而减小;而月池活塞共振频率与共振频率附近的月池中心点波高随a2/a0的增大而增大。对同轴立柱的运动响应分析得出,两立柱之间的水动力干扰能够获得相对于单柱更大的运动响应,利用两立柱之间的相对运动,有望可以获得可观的波浪量转换效率。

关键词：水动力特性半解析方法特征函数月池

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可变环境温度下锂离子电池平均温度估计

上海交通大学学报 2021年第7期55卷 781-790页

作者：姜余陈自强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

锂离子电池的温度变化会极大地影响其使用性能,对锂离子电池进行温度信息采集对热管理系统的开发具有重要意义.为了解决传统温度传感器布置方式所导致的局部温度无法代替整体平均温度的问题,需要在可变环境温度下对10 A·h三元镍钴锰酸... 详细信息

锂离子电池的温度变化会极大地影响其使用性能,对锂离子电池进行温度信息采集对热管理系统的开发具有重要意义.为了解决传统温度传感器布置方式所导致的局部温度无法代替整体平均温度的问题,需要在可变环境温度下对10 A·h三元镍钴锰酸锂离子电池开展平均温度估计研究.首先,对锂离子电池进行建模并搭建实验平台,获取建模所需的参数.其次,提出了基于递推最小二乘与拓展卡尔曼滤波算法相结合的锂离子电池平均温度估计方法.最后,为了验证所提出方法的有效性,使用改进混合动力脉冲能力特性(IHPPC)测试工况获取电池在可变环境温度下的实验数据.结果表明:所提方法能够实时估计锂离子电池的平均温度.温度估计模型算法收敛后最大误差为1.8℃,平均误差仅为1℃.

关键词：锂离子电池时变环境温度改进混合动力脉冲能力特性(IHPPC) 平均温度估计

基于长短期记忆神经网络的板裂纹损伤检测方法

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上海交通大学学报 2021年第5期55卷 527-535页

作者：张松林马栋梁王德禹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

针对板不同位置裂纹损伤的智能分类问题,提出了一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的板裂纹损伤检测方法.采用Abaqus二次开发建立板裂纹损伤模型,计算高斯白噪声激励下板的加速度响应,并通过数据扩充方法生成数据集,同时考虑了噪声对损... 详细信息

针对板不同位置裂纹损伤的智能分类问题,提出了一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的板裂纹损伤检测方法.采用Abaqus二次开发建立板裂纹损伤模型,计算高斯白噪声激励下板的加速度响应,并通过数据扩充方法生成数据集,同时考虑了噪声对损伤检测的影响.建立基于LSTM的板裂纹智能检测模型,直接将板的加速度响应作为输入,不需要额外的损伤特征提取,并以最小预测误差为目标,选择模型的超参数,优化模型配置.与多层感知机模型和基于小波包变换的多层感知机模型进行对比表明,本文提出的LSTM模型在板裂纹损伤检测中具有更高的损伤定位精度和更好的适用性.

关键词：损伤检测长短期记忆神经网络板裂纹噪声