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船舶操纵运动建模方法研究进展与展望

船舶工程 2024年第2期46卷 I0010-I0022页

作者：宋俊龙张靖扬董磊楼建坤王鸿东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

建立精确的船舶操纵运动模型,是保障智能船舶自主航行和测试验证的关键。当前,船舶操纵运动建模方法主要为构建数学模型,并采用系统辨识法计算模型中的水动力系数。随着人工智能技术的发展,黑箱模型和灰箱模型也逐渐被用于船舶操纵运动... 详细信息

建立精确的船舶操纵运动模型,是保障智能船舶自主航行和测试验证的关键。当前,船舶操纵运动建模方法主要为构建数学模型,并采用系统辨识法计算模型中的水动力系数。随着人工智能技术的发展,黑箱模型和灰箱模型也逐渐被用于船舶操纵运动建模。文章分别针对白箱模型和黑箱模型的关键技术研究现状进行梳理,总结当前操纵运动建模面临的六自由度耦合、模型迁移适用性、实测数据获取与构造等3个问题,并提出对应的3点展望:开展船舶六自由度耦合运动建模,结合先验知识的模型结构设计,船舶操纵试验设计及数据集构造。

关键词：六自由度耦合黑箱模型系统辨识船舶操纵

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一种基于冲激响应的瞬态噪声近似预报方法

舰船科学技术 2024年第7期46卷 57-64页

作者：张逸豪王斌范军王文欢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

为了提高水下结构瞬态噪声的计算效率和准确性,提出一种基于冲激响应的瞬态噪声近似预报方法。该方法适用于已知结构表面法向振速时的瞬态辐射噪声预报,它通过时域快速算法求解与辐射问题相互易的脉冲点源散射问题获取结构表面各单元的... 详细信息

为了提高水下结构瞬态噪声的计算效率和准确性,提出一种基于冲激响应的瞬态噪声近似预报方法。该方法适用于已知结构表面法向振速时的瞬态辐射噪声预报,它通过时域快速算法求解与辐射问题相互易的脉冲点源散射问题获取结构表面各单元的冲激响应,再将各冲激响应与该处相应的法向振速信号作卷积,最后以单元面积为权重对卷积结果进行加权求和便可计算出最终的瞬态噪声场。利用2种典型的解析模型,通过与时域解析解的对比验证了该方法的正确性。针对镶嵌于圆形障板的管阵列结构,利用该近似预报方法对已确定法向振速边界条件下的瞬态辐射噪声进行计算,并结合该模型几何结构分析了考察场点处辐射噪声信号的时间特征及声能量空间指向性。

关键词：瞬态噪声冲激响应互易性时域快速算法卷积

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一种外部加翼的圆柱小目标声隐身结构设计

声学技术 2024年第2期43卷 182-191页

作者：黄金凤黎洁范军王斌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

针对水下小型航行器日益增强的声隐身需求,基于菲涅耳(Fresnel)半波带理论,提出一种可提高目标声隐身性能的外部加翼结构。利用板块元方法计算并分析不同结构参数的优化翼型结构声隐身性能的提升效果。研究结果表明,外翼覆盖了圆柱散射... 详细信息

针对水下小型航行器日益增强的声隐身需求,基于菲涅耳(Fresnel)半波带理论,提出一种可提高目标声隐身性能的外部加翼结构。利用板块元方法计算并分析不同结构参数的优化翼型结构声隐身性能的提升效果。研究结果表明,外翼覆盖了圆柱散射贡献最大的半波带,加速相位变化,降低入射方向相同投影面积的散射贡献,使得圆柱正横方位的目标强度有效降低。当翼的开角为第一Fresnel半波带对应圆心角度且外翼与圆柱主体相切时,该结构在节约制造成本的同时可使声隐身性能的提升效果最好。文中进行了加翼模型声散射特性水池实验,优化结构的0°方位目标强度下降约7 dB,俯仰方向角检测概率显著降低,证明该类翼型结构可以有效提高目标声隐身性能。

关键词：声隐身加翼圆柱菲涅耳(Fresnel)半波带目标强度

船舶短上层建筑(甲板室)甲板应力分布规律研究

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舰船科学技术 2024年第6期46卷 50-57页

作者：廖世扬刘俊曾文源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 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

船舶短上层建筑(或甲板室)由于规模小,横剖面正应力沿高度分布不满足平断面假定,应力分布规律与一般船型上层建筑不同,规范中缺乏针对性的设计依据。以一艘典型的短上层建筑油船为研究对象,设计多种短上建方案,借助有限元法对船舶短上... 详细信息

船舶短上层建筑(或甲板室)由于规模小,横剖面正应力沿高度分布不满足平断面假定,应力分布规律与一般船型上层建筑不同,规范中缺乏针对性的设计依据。以一艘典型的短上层建筑油船为研究对象,设计多种短上建方案,借助有限元法对船舶短上层建筑甲板应力分布规律进行研究,讨论了短上层建筑长度、高度及其所在位置的影响,有限元结果与斯曼斯基和库尔庙莫夫理论公式结果的对比表明两式都有一定局限性,预报短上层建筑甲板应力会有误差。进一步在有限元结果和理论公式基础上提出新的短上建甲板应力分布公式的基本形式,采用指数函数模型对短上层建筑正应力进行拟合,得出短上层建筑船型的正应力沿高度分布规律公式,验算结果表明新公式适用性较好,可为早期短上层建筑船型强度设计提供参考。

关键词：短上层建筑强度计算正应力分布规律指数拟合

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基于计算机视觉的焊接固有应变实测方法研究

热加工工艺 2024年第3期53卷 29-32页

作者：苟中林罗宇袁昱超上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

固有应变被用于大型焊接结构应力和变形预测中。本文提出一种基于计算机视觉的固有应变工程应用的简便实测方法。该方法设计了一个特殊的带小孔的定位尺,将定位尺放置在焊缝附近,通过小孔在焊缝附近打上测量标记,在焊接前后用手持拍照... 详细信息

固有应变被用于大型焊接结构应力和变形预测中。本文提出一种基于计算机视觉的固有应变工程应用的简便实测方法。该方法设计了一个特殊的带小孔的定位尺,将定位尺放置在焊缝附近,通过小孔在焊缝附近打上测量标记,在焊接前后用手持拍照设备对测量点进行拍照。采用一系列图像处理算法求解标记点在定位尺坐标系中的坐标,进而计算获取焊缝的固有应变。研究结果表明,该方法有较高的的重复精度,能够满足固有应变高效准确测量的工程要求。

关键词：固有应变测量图像处理焊接变形预测

聚合物基体类型对海水海砂混凝土环境下GFRP筋层间剪切强度影响

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上海交通大学学报 2024年

作者：赵烜赵齐张大旭张沛涪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国家重点实验室上海交通大学上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室香港理工大学土木及环境工程学系

为研究不同基体类型的玻璃纤维增强聚合物（GFRP）筋在海水海砂混凝土（SWSSC）环境下的层间剪切强度（ILSS）退化规律与性能劣化机理，对环氧基和乙烯基GFRP筋进行了SWSSC模拟孔溶液环境下加速腐蚀试验，以及层间剪切与扫描电镜（SEM... 详细信息

为研究不同基体类型的玻璃纤维增强聚合物（GFRP）筋在海水海砂混凝土（SWSSC）环境下的层间剪切强度（ILSS）退化规律与性能劣化机理，对环氧基和乙烯基GFRP筋进行了SWSSC模拟孔溶液环境下加速腐蚀试验，以及层间剪切与扫描电镜（SEM）检测。环氧基GFRP筋分别采用甲基六氢化邻苯二甲酸酐（MHHPA）与二氨基二苯甲烷（MDA）两种固化剂固化。结果表明：MHHPA固化环氧基GFRP筋的初始层间剪切强度最高（42.44MPa），乙烯基GFRP筋次之（37.10MPa），MDA固化环氧基GFRP筋的初始层间剪切强度最低（27.20MPa）。在55℃的孔溶液中浸泡84天后，MHHPA固化环氧基GFRP筋的层间剪切强度保留率仅为7.43%，MDA固化环氧基GFRP筋的强度保留率为39.51%，而乙烯基GFRP筋的保留率则有71.06%。三种GFRP筋的层间剪切强度均随SWSSC模拟孔溶液温度和浸泡时间的增加呈下降趋势，强度退化的主要原因为纤维-基体的界面脱黏以及基体的水解流失。乙烯基GFRP筋对SWSSC模拟孔溶液的抗腐蚀能力最强，MHHPA固化环氧基GFRP筋的最弱，MDA固化环氧基GFRP筋则介于两者之间。

关键词：纤维增强聚合物海水海砂混凝土层间剪切强度基体类型性能退化

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大学创新实验课程的探索与实践

实验室研究与探索 2024年第7期43卷 116-119页

作者：邓小伟余征跃张卫刚上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

创新实验教学是培养学生创新能力与实践能力的重要教学形式。由于实践时间短,其在体系建设、与传统实验教学的结合以及课程计划安排上仍存在不足之处。为此工程力学实验教学中心结合近十年的创新实验教学教改和实践,探索多元化、递进式... 详细信息

创新实验教学是培养学生创新能力与实践能力的重要教学形式。由于实践时间短,其在体系建设、与传统实验教学的结合以及课程计划安排上仍存在不足之处。为此工程力学实验教学中心结合近十年的创新实验教学教改和实践,探索多元化、递进式的创新实验教学体系以及以过程教育为核心突出创新能力培养的创新实验教学方法。改革和实践表明,显著提升了学生参与度以及学生论文质量,在各类竞赛中获奖数位于前列并取得多项优秀教学成果。可为其他高校创新实验课程建设实践提供有益的参考。

关键词：创新实验实践课程体系递进式多元化

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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

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正方形布置四圆柱结构流致振动响应特性研究

力学学报 2024年第3期56卷 670-681页

作者：胡中明王嘉松孙远坤郑瀚旭范迪夏黄淮学院建筑工程学院河南驻马店463000 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海201100 西湖大学工学院杭州310030

通过风洞实验研究了正方形布置四圆柱的流致振动特性,实验雷诺数Re=3200~28900,圆柱间距比S/D=1.5~4.0(S为两圆柱圆心间距,D为圆柱直径),质量比m^(*)≈345.0.结果表明,当S/D≤2.0时,上游圆柱1和2呈现涡激振动和类弛振耦合响应,下游圆柱3... 详细信息

通过风洞实验研究了正方形布置四圆柱的流致振动特性,实验雷诺数Re=3200~28900,圆柱间距比S/D=1.5~4.0(S为两圆柱圆心间距,D为圆柱直径),质量比m^(*)≈345.0.结果表明,当S/D≤2.0时,上游圆柱1和2呈现涡激振动和类弛振耦合响应,下游圆柱3和4呈现涡激共振和尾流弛振耦合响应;当S/D=2.5~3.0,上游圆柱1和2除了在约化速度超过一定值时存在弱振动外,基本接近单圆柱涡激振动响应,下游圆柱3和4表现为分离的涡激共振和尾流弛振响应;当S/D=4.0时,上游圆柱1和2振动响应几乎和单圆柱一样,而圆柱3和4仍呈现分离的涡激共振和尾流弛振响应.当圆柱呈现涡激振动(上游圆柱)或涡激共振(下游圆柱)时,涡脱频率f_(s)锁定于固有频率f_(n)的1倍谐频,而当圆柱呈现剧烈的类弛振响应(上游圆柱)或尾流弛振响应(下游圆柱)时,f_(s)则会出现明显的多倍谐频;圆柱模型振动频率f_(o)主频始终锁定于fn的1倍谐频.通过对比正方形四圆柱和双圆柱流致振动特性,发现双圆柱动力学响应规律在一定程度上仍适用于正方形布置四圆柱.

关键词：流致振动风洞实验正方形四圆柱涡激振动流固耦合