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基于双目立体视觉的实验室波浪场实时重建

船舶力学 2024年第10期28卷 1463-1471页

作者：李德玉肖龙飞魏汉迪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

准确测量波浪场演化对于海洋结构物的水动力研究十分重要。本文基于双目立体视觉建立了一套用于测量室内波浪的图像识别方法,以轻质泡沫作为示踪粒子标记波面以获得具有丰富纹理的波面图像,根据极线约束矫正图像,使用阈值分割避免光照... 详细信息

准确测量波浪场演化对于海洋结构物的水动力研究十分重要。本文基于双目立体视觉建立了一套用于测量室内波浪的图像识别方法,以轻质泡沫作为示踪粒子标记波面以获得具有丰富纹理的波面图像,根据极线约束矫正图像,使用阈值分割避免光照不均和水底反射的干扰,使用GPU加速的立体视觉匹配算法,实现波浪图像的实时立体匹配,重建出波面的三维点云与网格模型。通过对图像序列的重建,提取出的波浪时历与浪高仪的测量结果基本一致,波高以及周期值的吻合性良好。结果表明,该方法可以准确测量实验室内的三维波浪场,捕捉瞬时波浪演化,并可提供实时的监控。

关键词：波浪测量实时三维重建双目视觉立体匹配图像处理

基于CNN与GAN深度学习模型近壁面湍流场超分辨率重构的精细化研究

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力学学报 2024年第8期56卷 2231-2242页

作者：吴昊恺陈耀然周岱陈文礼曹勇上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海大学未来技术学院上海200444 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150001 上海交通大学重庆研究院重庆400799

由城市抗风减灾的目标出发,城市边界层的高保真再现是工程界亟待解决的关键问题.基于高精度的近地风场,有望实现真实环境下城市建筑风致效应的准确预测.传统的基于气象模型的城市风场模拟方法存在预测耗时长、成本昂贵、求解尺度过高等... 详细信息

由城市抗风减灾的目标出发,城市边界层的高保真再现是工程界亟待解决的关键问题.基于高精度的近地风场,有望实现真实环境下城市建筑风致效应的准确预测.传统的基于气象模型的城市风场模拟方法存在预测耗时长、成本昂贵、求解尺度过高等缺陷.为更准确、高效地预测边界层的空间变化,研究利用超精度卷积神经网络(SRCNN)与生成对抗神经网络(SRGAN),在空间上将低精度的近壁面湍流场超精度重构成高精度的风场.利用近壁面湍流直接数值模拟的公共数据库训练模型并评价模型的重构性能.为寻求合适的超精度模型生成方式,研究围绕训练样本量及网络深度,开展详细的敏感性分析,确定合适的训练网络及其较优的训练参数设置.同时,基于经不同下采样因子处理的低精度流场输入,分析模型在近壁面湍流重构中的适用范围.研究发现,对比于SRCNN模型,SRGAN模型对近壁面湍流内小尺度结构的重现效果更佳.当基于4层卷积残差块、300样本量开展训练时,所生成的SRGAN模型可在较低的训练代价下实现较优的重构效果.当进行10倍超精度重构时,SRGAN模型可保证较理想的预测精度.研究成果为边界层风场的准确重构提供技术支撑,为城区建筑物风致效应的高效预测提供精确的入流条件.

关键词：深度学习超精度生成对抗神经网络超精度卷积神经网络超精度重构城市边界层风场

滑坡碎屑流冲击刚性挡墙动力响应的数值模拟分析

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水利水电技术(中英文) 2024年

作者：严彬彬高歌刘新颖邢爱国上海交通大学海洋工程国家重点实验室

【目的】刚性拦挡结构是一种被用于减弱滑坡碎屑流致灾强度的工程措施。为研究碎屑流运动路径的坡度与碎屑流体积对于碎屑流冲击刚性拦挡结构的动响应的影响，【方法】文章利用fish语言开发不同形状的块体(clump)簇颗粒，并基于室内滑... 详细信息

【目的】刚性拦挡结构是一种被用于减弱滑坡碎屑流致灾强度的工程措施。为研究碎屑流运动路径的坡度与碎屑流体积对于碎屑流冲击刚性拦挡结构的动响应的影响，【方法】文章利用fish语言开发不同形状的块体(clump)簇颗粒，并基于室内滑槽试验结果，开展了三维离散元数值模拟研究(PFC3D)，探究滑坡冲击动力特性、冲击力、堆积形态与能量演变过程。【结果】能量演化过程和冲击力时程曲线结果显示：在整个滑坡过程中，摩擦耗能占总能量消耗的约80%；对于35°，40°，45° (H = 15cm)，峰值冲击力与残余堆积力的比值随着坡度的增大(35°，40°，45°，其中H = 15cm)而不断增大(1.064，1.380，1.538)。【结论】模拟结果表明：块体(clump)簇颗粒能够较好地被用于模拟颗粒的形状作用，为碎屑流冲击动力学的离散元模拟提供一定的参考；摩擦耗能是碎屑流发生时主要的能量耗散形式；坡度的增大会加快滑坡滑动进程，增大峰值动能，形成更大的峰值冲击力与残余堆积力；碎屑流体积的增大会增加坡度对于碎屑流运动能力的影响，使得堆积体在坡体与拦挡结构上的长度显著增加。

关键词：滑坡碎屑流拦挡结构离散单元法数值模拟冲击动力学

基于立体视觉的聚焦波作用下方形立柱近场波浪的三维测量

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海洋工程 2024年第4期42卷 78-85页

作者：李德玉肖龙飞魏汉迪李琰上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572000 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

准确测量结构物的近场波浪演化是研究波浪与结构物相互作用问题的一个重要前提。针对固定方形立柱的聚焦波试验,提出基于立体视觉的近场波浪测量方法。使用轻质泡沫颗粒制成的标记网来标记波面以获得有丰富纹理的波面图像,在立柱前后各... 详细信息

准确测量结构物的近场波浪演化是研究波浪与结构物相互作用问题的一个重要前提。针对固定方形立柱的聚焦波试验,提出基于立体视觉的近场波浪测量方法。使用轻质泡沫颗粒制成的标记网来标记波面以获得有丰富纹理的波面图像,在立柱前后各布置一个双目系统,全方位覆盖立柱周边区域,重建出聚焦波作用过程中立柱周围的三维波浪场,从空间分布的角度研究波浪爬升的三维演化。从连续图像序列的处理中可提取出波浪时历,与浪高仪的测量结果吻合良好。结果表明,立体视觉方法可以准确重建结构物的近场波浪演化,测量极端波浪下的波浪爬升。

关键词：波浪场测量三维重建立体视觉方形立柱图像分割聚焦波波浪爬升

基于CFD模拟的双燃料动力船舶透气桅释放气体扩散分析

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中国造船 2024年第2期65卷 249-255页

作者：王曌文陈刚李嘉宁李欣周熲上海外高桥造船有限公司开发部上海200137 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200030

基于双燃料动力船舶实船设计,根据IGF规则要求,提出通过CFD模拟对双燃料动力船舶透气桅释放气体扩散进行分析的方法。模拟结果表明:双燃料动力船舶透气桅释放气体扩散情况与透气桅的设计高度密切相关。设计高度较低时,气体会明显下沉到... 详细信息

基于双燃料动力船舶实船设计,根据IGF规则要求,提出通过CFD模拟对双燃料动力船舶透气桅释放气体扩散进行分析的方法。模拟结果表明:双燃料动力船舶透气桅释放气体扩散情况与透气桅的设计高度密切相关。设计高度较低时,气体会明显下沉到储罐周围的工作区域及甲板;设计高度满足规范要求时,气体呈垂直向上膨胀扩散的趋势,无明显下沉现象,且在60s内甲板及储罐附近可燃气体全部扩散消失,此时透气桅释放气体对船体及船员安全没有影响。

关键词： CFD模型透气桅释放气体双燃料动力船舶

基于滑移线法的黏土海床中浅基础固结承载力分析

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上海交通大学学报 2024年第7期58卷 1047-1056页

作者：李志坚廖晨聪张璐璐叶冠林上海交通大学海洋工程国家实验室上海200240 上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240

为评估海底浅基础服役过程的承载力时变规律,推导了预载作用下黏土海床完全固结后的不排水抗剪强度分布,利用滑移线法给出了应力特征线方程并求解出浅基础固结承载力,研究了预载比、土体不均匀性、有效内摩擦角和基础尺寸对浅基础固结... 详细信息

为评估海底浅基础服役过程的承载力时变规律,推导了预载作用下黏土海床完全固结后的不排水抗剪强度分布,利用滑移线法给出了应力特征线方程并求解出浅基础固结承载力,研究了预载比、土体不均匀性、有效内摩擦角和基础尺寸对浅基础固结承载力的影响.结果表明:浅基础固结承载力的相对增长幅度和预载比近似呈线性关系,由土体不均匀因子和有效内摩擦角共同决定,不受基础尺寸的影响.通过与水土耦合有限元分析结果进行比较,对所提方法的准确性进行了严格的验证,表明了该方法的有效性.最后,根据有限元结果分析了滑移线解的误差来源,发现孔压计算差异是导致固结承载力预测结果产生误差的主要原因.该滑移线解可快速准确地预估浅基础固结承载力的增长规律,为海底浅基础的优化设计提供重要参考.

关键词：黏土海床浅基础固结承载力滑移线法预载作用

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粉煤灰在磷酸镁水泥体系中的作用机制研究

材料导报 2024年第17期38卷 25-31页

作者：孟祥瑞刘源涛陈兵王立艳上海交通大学海洋工程全国重点实验室上海200240 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上海200240 吉林建筑大学材料科学与工程学院长春130118

本工作采用粉煤灰(Fly ash,FA)替代一部分(≤30%)氧化镁对磷酸镁水泥(MPC)砂浆进行改性,研究了粉煤灰在MPC体系中的活性和作用机制,分析了FA对MPC物理力学性能和微观结构的影响。结果显示,FA在MPC体系中体现了复杂的物理和化学效应。球... 详细信息

本工作采用粉煤灰(Fly ash,FA)替代一部分(≤30%)氧化镁对磷酸镁水泥(MPC)砂浆进行改性,研究了粉煤灰在MPC体系中的活性和作用机制,分析了FA对MPC物理力学性能和微观结构的影响。结果显示,FA在MPC体系中体现了复杂的物理和化学效应。球形粉煤灰颗粒具有滚动轴承的功能,优化了MPC的流动性;FA不仅填充了MPC的微孔隙、微裂缝,还体现了“晶核效应”,为MPC水化提供了成核位点,促进水化产物鸟粪石(MgNH_(4)PO_(4)·6H_(2)O)的生成,使MPC的微观结构变得致密,从而提高了MPC的力学性能。此外,在水化热激活下,FA中的Al_(2)O_(3)会参与反应,生成少量磷酸铝相无定型凝胶。

关键词：磷酸镁水泥粉煤灰作用机制工作性力学性能

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船舶复合储能的混动系统能量管理策略研究

舰船科学技术 2024年第4期46卷 135-142页

作者：王绗林李铁武燊王欣然上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

以并联复合储能的船舶柴电混合动力系统为研究对象,基于Matlab/Simulink对柴油机、可逆电机、动力电池、超级电容、电源转换器等建立仿真模型,在此基础上开发了基于逻辑规则的能量管理策略。针对港口拖轮工况波动频率高、幅度大等特点,... 详细信息

以并联复合储能的船舶柴电混合动力系统为研究对象,基于Matlab/Simulink对柴油机、可逆电机、动力电池、超级电容、电源转换器等建立仿真模型,在此基础上开发了基于逻辑规则的能量管理策略。针对港口拖轮工况波动频率高、幅度大等特点,分别研究在不同的动力电池初始电池荷电状态下,纯柴油机驱动、柴油机-电池混合驱动、柴油机-电池-电容复合储能驱动等动力系统架构的柴油机油耗、储能系统的等效油耗、系统的总油耗以及氮氧化物的排放。结果显示,在拖轮典型工况下,采用柴油机-电池-电容复合储能驱动的系统总油耗相比纯柴油机驱动形式的油耗平均低6.63%,比柴油机-电池混合驱动形式平均多降低11%的油耗,氮氧化物排放量减少8%。

关键词：混合动力复合储能系统能量管理 Simulink

基于BAS的模糊PID解耦算法在船舶动力定位中的应用

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舰船科学技术 2024年第6期46卷 13-19页

作者：耿骏杰孟帅上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

模糊PID应用于船舶动力定位控制时,因无法保证量化比例因子选取到最优值可能限制控制性能。基于某动力定位船舶的三自由度运动模型,利用串联补偿解耦算法消除船舶横荡与首摇控制量的相互影响,选取纵荡与横荡的时间乘绝对误差积分(Integr... 详细信息

模糊PID应用于船舶动力定位控制时,因无法保证量化比例因子选取到最优值可能限制控制性能。基于某动力定位船舶的三自由度运动模型,利用串联补偿解耦算法消除船舶横荡与首摇控制量的相互影响,选取纵荡与横荡的时间乘绝对误差积分(Integrals of Time-weighted Absolute Error,ITAE)之和为目标函数,尝试利用天牛须搜索算法(Beetle Antennae Search algorithm,BAS)对模糊PID中的量化比例因子进行优化。利用Matlab/Simulink,采用PID、模糊PID、基于BAS的模糊PID等3种控制策略,对定点定位工况下动力定位船舶在无干扰和瞬时干扰条件运动响应进行仿真。研究发现,相比于PID和模糊PID,基于BAS的模糊PID在纵荡和横荡运动控制上可显著提高控制精度并减少超调量,进而可改善动力定位系统性能。

关键词：动力定位模糊PID 解耦控制天牛须搜索算法