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基于改进蚁群算法的微气泡减阻气流量智能调控技术研究

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中国舰船研究 2023年

作者：李天臣周彦安裴志勇吴卫国武汉理工大学船海与能源动力工程学院绿色智能江海直达船舶湖北省工程研究中心武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心

[目的]为了提高微气泡减阻技术的实际效能，基于改进蚁群算法开展了微气泡减阻气流量智能调控技术研究。[方法]首先，基于微气泡减阻机理，利用自主研发船模样机开展微气泡减阻试验，获得不同航速下的理想最佳气流量；随后，采用改进蚁... 详细信息

[目的]为了提高微气泡减阻技术的实际效能，基于改进蚁群算法开展了微气泡减阻气流量智能调控技术研究。[方法]首先，基于微气泡减阻机理，利用自主研发船模样机开展微气泡减阻试验，获得不同航速下的理想最佳气流量；随后，采用改进蚁群算法，开发了气流量智能调控技术的软件系统；最后，将智能调控硬件系统应用于船模样机，开展自航模试验以验证该技术的有效性。[结果]所研技术不仅可以有效地调控气流量达到最佳微气泡减阻效果，还可以监控航速变化对气流量进行自适应调控，使船舶在各种航速下均能保持最大减阻。[结论]该技术可以提高微气泡减阻技术的自动化与智能程度，增强微气泡减阻技术的实际效能。

关键词：微气泡减阻改进蚁群算法气流量智能调控自航模试验

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舱室内爆载荷燃烧增强效应试验及仿真研究

中国舰船研究 2023年第4期18卷 223-232页

作者：岳学森周沪孔祥韶郑成吴卫国武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心湖北武汉430063

[目的]TNT炸药在密闭空间中发生爆炸时,其爆轰产物的燃烧效应不可忽视,为准确分析TNT炸药在密闭空间中的爆炸载荷,需要探究爆轰产物燃烧释放的能量与药量体积比的关系。[方法]首先开展5种不同质量的TNT分别在空气和氦气环境密闭空间中... 详细信息

[目的]TNT炸药在密闭空间中发生爆炸时,其爆轰产物的燃烧效应不可忽视,为准确分析TNT炸药在密闭空间中的爆炸载荷,需要探究爆轰产物燃烧释放的能量与药量体积比的关系。[方法]首先开展5种不同质量的TNT分别在空气和氦气环境密闭空间中的爆炸试验,然后基于化学反应分析、能量守恒、等熵假设3种不同的方法计算5种不同药量体积比对应的爆轰产物燃烧能量,并基于有限元分析软件ANSYS/AUTODYN开展考虑燃烧效应的密闭空间内爆炸数值计算。[结果]准静态压力仿真结果与试验结果的对比表明:3种方法中,通过化学反应计算得到的燃烧能量理论值可作为上限值,能量守恒法的准确性依赖爆炸后混合气体的绝热指数,等熵假设法仿真值与试验值误差稳定在4%~7%之间;不同的燃烧能量释放历程会影响反射冲击波压力,但不改变最终的准静态压力。[结论]研究结果可为舰船抗爆结构设计及毁伤评估提供更精确的输入载荷。

关键词：内爆载荷燃烧效应能量释放准静态压力

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基于声线法的邮轮开敞区域辐射噪声特性分析

船舶工程 2023年第2期45卷 54-60页

作者：王金柱甘进朱玥吴卫国武汉理工大学船舶与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063

邮轮投入使用后,主机废气由烟囱排出,排气噪声会向烟囱周围及公共甲板等噪声敏感区域辐射,从而严重影响旅客乘坐舒适性。以邮轮烟囱排气噪声为主导声源,建立大型邮轮及其开敞区域的噪声预报模型,采用声线法分析邮轮开敞区域的辐射噪声... 详细信息

邮轮投入使用后,主机废气由烟囱排出,排气噪声会向烟囱周围及公共甲板等噪声敏感区域辐射,从而严重影响旅客乘坐舒适性。以邮轮烟囱排气噪声为主导声源,建立大型邮轮及其开敞区域的噪声预报模型,采用声线法分析邮轮开敞区域的辐射噪声分布特征及强度,形成邮轮开敞区域空气辐射噪声预报的数值计算方法。结果表明:烟囱排气噪声辐射指向性是由邮轮烟囱为中心向四周呈现球面状传播,辐射强度与传播距离成反比,烟囱排气噪声对开敞区域辐射影响差异性明显,可从影响噪声衰减的因素切入,进而进行防控。研究所得的大型邮轮开敞区域辐射噪声特性及其数值预报方法,可为邮轮声学设计及噪声预报提供参考。

关键词：邮轮开敞区域声线法空气辐射噪声烟囱排气噪声

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大型邮轮开孔高腹板板架结构屈曲特性研究

中国造船 2022年第4期63卷 15-23页

作者：张正甘进郭国虎吴卫国高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学) 武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063 中国船舶工业贸易有限公司北京100089

开孔高腹板板架作为邮轮上层建筑的典型结构,其承载特性与重量控制是结构设计中的关键一环,有必要对这类特殊结构的屈曲特性进行分析。应用非线性有限元法探究板架的屈曲特性,讨论开孔形式与开孔尺寸对屈曲特性的影响。结果表明,邮轮普... 详细信息

开孔高腹板板架作为邮轮上层建筑的典型结构,其承载特性与重量控制是结构设计中的关键一环,有必要对这类特殊结构的屈曲特性进行分析。应用非线性有限元法探究板架的屈曲特性,讨论开孔形式与开孔尺寸对屈曲特性的影响。结果表明,邮轮普遍采用的组合孔形式对结构承载能力的削弱程度较低,而结构减重较多;随着开孔尺寸的增大,这种开孔形式会破坏纵桁结构的完整性,导致板架的屈曲顺序发生改变,从而使极限承载能力呈现先陡后平的下降趋势。论文的研究结果可为开孔高腹板板架结构的优化设计与安全性评估提供指导。

关键词：大型邮轮开孔高腹板板架非线性有限元屈曲特性

恶劣海况中船舶砰击颤振响应特性数值计算与试验研究

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中国舰船研究 2023年

作者：张涵韬王一雯孔祥韶郑成吴卫国武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心

【目的】针对恶劣海况下船舶所受砰击颤振响应现象，探究船舶非线性波浪载荷与瞬态高幅值砰击载荷的耦合作用。【方法】采用CFD-FEM双向流固耦合方法对S175集装箱船进行数值仿真计算，并与试验结果及切片理论计算结果开展对比验证。采... 详细信息

【目的】针对恶劣海况下船舶所受砰击颤振响应现象，探究船舶非线性波浪载荷与瞬态高幅值砰击载荷的耦合作用。【方法】采用CFD-FEM双向流固耦合方法对S175集装箱船进行数值仿真计算，并与试验结果及切片理论计算结果开展对比验证。采用分段变截面弹性龙骨梁模型开展船舶的砰击颤振特性模型试验研究，基于CFD-FEM的双向流固耦合方法开展船艏砰击载荷及高频非线性砰击颤振响应特性分析，并与模型试验结果进行对比验证。【结果】波浪砰击载荷对船艏颤振响应的影响不可忽视，六级海况下砰击颤振诱发的二阶高频成分分量占低频波浪弯矩的59.86%。【结论】基于CFD-FEM的双向流固耦合方法可准确地计算船艏砰击颤振响应。高海况下船舶所受到的非线性波浪载荷及结构动态响应易受船艏瞬态砰击载荷的影响，在船舶结构设计与安全评估中须考虑高频砰击颤振的情况。

关键词：极端海况砰击颤振响应 CFD-FEM双向流固耦合方法

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帆数量对低攻角多翼帆系统推进性能的影响

船舶工程 2023年第10期45卷 76-83页

作者：李刚蔡薇曾青松武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063

基于雷诺平均的湍流处理方法,采用SST k-ω方程湍流模型对控制方程进行封闭,时间离散格式为2阶。使用STAR-CCM+商业软件分析帆数量对多帆系统推进性能的影响,并根据国际拖曳水池会议(ITTC)的不确定度分析规程进行数值不确定度分析。将... 详细信息

基于雷诺平均的湍流处理方法,采用SST k-ω方程湍流模型对控制方程进行封闭,时间离散格式为2阶。使用STAR-CCM+商业软件分析帆数量对多帆系统推进性能的影响,并根据国际拖曳水池会议(ITTC)的不确定度分析规程进行数值不确定度分析。将仿真数据与理论方法和试验获得的数据进行对比以保证计算结果的可靠性。研究结果表明:多帆系统风帆数量增加时,其风帆助航力有明显提升,总推力增加,有更好的助航效果;但推进性能并不是随风帆数目的增加而线性增加,具体的风帆数目确定还需综合考虑稳性、操纵性等其他因素。

关键词：多翼帆系统低攻角帆数量推进性能

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基于子结构法的邮轮典型大跨度结构振动分析

船舶工程 2022年第8期44卷 7-13,161页

作者：甘进李世桢朱玥吴卫国武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063

豪华邮轮结构复杂、模型规模较大,存在大量无用的局部模态,考虑采用动态子结构方法对邮轮上层建筑大跨度舱室结构展开分析,以目标大跨度舱室结构为主子结构、其余船体结构为从子结构,讨论所选取整体模型范围、主子结构截取模态数量的影... 详细信息

豪华邮轮结构复杂、模型规模较大,存在大量无用的局部模态,考虑采用动态子结构方法对邮轮上层建筑大跨度舱室结构展开分析,以目标大跨度舱室结构为主子结构、其余船体结构为从子结构,讨论所选取整体模型范围、主子结构截取模态数量的影响。结果表明:以邮轮全船模型为计算模型,截取模态取30阶,应用子结构方法能够得到大跨度舱室结构准确模态解,同时提高了计算效率。研究结果对于邮轮上层建筑大跨度舱室结构乃至于大型复杂工程结构物的振动预报工作具有参考意义。

关键词：中型邮轮上层建筑大跨度舱室结构子结构法数值计算

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基于船舶-流场运动耦合的内河航道设计方法

上海交通大学学报 2023年

作者：张磊封少雄谭昆郭涛宋成果初秀民苗洋武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心长江航道规划设计研究院绿色智能江海直达船舶湖北省工程研究中心武汉理工大学智能交通系统研究中心

航道一般指江河及运河内可供船舶通航的水域，目前大多采用流场演化规律分析结合工程人员经验的方法开展规划设计，对通行船舶这一因素考虑不够全面。拟从河道中船舶与流场直接作用的角度提出一种内河航道设计方法。首先，基于Fluent二... 详细信息

航道一般指江河及运河内可供船舶通航的水域，目前大多采用流场演化规律分析结合工程人员经验的方法开展规划设计，对通行船舶这一因素考虑不够全面。拟从河道中船舶与流场直接作用的角度提出一种内河航道设计方法。首先，基于Fluent二次开发，突破了船舶-流场相互作用的水动力响应解耦算法，对内河航段中船舶自由漂流运动进行模拟，其中，流场使用有限体积法进行求解，船舶运动控制方程通过用户自定义模块(UDF)输入并采用四阶Runge-Kutta法求解，动网格技术用于更新计算域；然后，考虑航行频率，给予通行船型不同权重，使用加权最小二乘法对漂流轨迹进行曲线拟合，得到航道边界线。选取了长江东流(从天生洲起)这一具有典型碍航结构物(弯道、分汊)航段开展航道设计验证，研究结果表明：设计的航道与现行规划航道趋势一致；同时，结合流场细节云图对船舶运动响应过程进行分析，发现设计的航道可使船舶有效规避风险急流、斜流，合理利用水流动能，提升航行安全性和经济性。

关键词：内河航道设计船舶-流场运动耦合船舶水动力响应

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基于子域赋值法的邮轮典型阳台气动噪声预报

船舶工程 2023年第7期45卷 39-46页

作者：文华东朱玥甘进吴卫国武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063

风致气动噪声作为邮轮阳台区域的主要噪声源,极大地影响着乘坐舒适性。现有计算水平难以对邮轮全船的风致气动噪声进行预报,且因邮轮阳台区域前方遮蔽物较多,局部流场计算时的边界条件也很复杂。基于子域赋值法,对邮轮局部阳台区域进行... 详细信息

风致气动噪声作为邮轮阳台区域的主要噪声源,极大地影响着乘坐舒适性。现有计算水平难以对邮轮全船的风致气动噪声进行预报,且因邮轮阳台区域前方遮蔽物较多,局部流场计算时的边界条件也很复杂。基于子域赋值法,对邮轮局部阳台区域进行气动噪声预报的可行性研究。以有棱柱遮挡的圆柱为研究对象,以全场流场预报得到的流场以及声场结果为基准,评估了在遮蔽复杂环境下采用子域赋值法进行局部流场以及气动噪声预报的准确性。采用该方法对邮轮正向20 m/s迎风时中部典型阳台区域的气动噪声进行预报,得到该阳台区域的气动声压分布情况。结果表明,在该阳台区域人站立高度处,噪声峰值约为63 dB(A),峰值频率为1250 Hz,因此需对相应的阳台房进行隔声处理。

关键词：子域赋值法大涡模拟邮轮阳台风致气动噪声