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基于IMO高级撤离分析方法的大型邮轮疏散性能研究

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2022年第5期46卷 853-857页

作者：杨光照蔡薇李亚朋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 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063

在建的首艘国产大型邮轮载客量达数千人,疏散分析对于保障船上人员的生命安全具有极其重要的意义.文中以同级邮轮Carnival Vista为案例船,基于国际海事组织发布的客船疏散分析指南中的高级疏散分析方法,利用Pathfinder疏散仿真平台构建... 详细信息

在建的首艘国产大型邮轮载客量达数千人,疏散分析对于保障船上人员的生命安全具有极其重要的意义.文中以同级邮轮Carnival Vista为案例船,基于国际海事组织发布的客船疏散分析指南中的高级疏散分析方法,利用Pathfinder疏散仿真平台构建了六个基准场景,结合指南中的衡量指标和收敛准则,评估该船舶的疏散性能,并讨论了疏散分析中的关键问题.仿真结果表明:夜间次要疏散场景Case3 A1产生了最长的疏散时间,且案例船的疏散性能能够达到指南提出的标准.

关键词：大型邮轮疏散指南疏散仿真疏散场景 Pathfinder

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船体结构数字孪生技术及应用

船舶力学 2023年第4期27卷 573-582页

作者：肖龙辉裴志勇徐文君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 武汉理工大学信息工程学院武汉430070

数字孪生技术可真实复刻物理实体至数字空间进行虚实映射,其框架包括物理世界、数字世界、孪生数据池、服务应用和数据连接等五个维度。船体结构数字孪生即在数字世界中建立载荷物理场与结构孪生体并实时获取结构响应状态,可从设计仿真... 详细信息

数字孪生技术可真实复刻物理实体至数字空间进行虚实映射,其框架包括物理世界、数字世界、孪生数据池、服务应用和数据连接等五个维度。船体结构数字孪生即在数字世界中建立载荷物理场与结构孪生体并实时获取结构响应状态,可从设计仿真、生产制造和航行运维三个阶段探讨应用方向。本文针对模型降阶技术,基于本征正交分解法对船体结构位移场矩阵计算得到正交基底,截取主要成分构建低阶方程组,可快速求解得到降阶模型在各工况下的位移推算值。本文方法与传统有限元结果吻合较好,计算效率大幅提升,可实现船体结构响应的实时分析,为构建船舶数字孪生体提供基础支撑。

关键词：数字孪生结构响应本征正交分解降阶模型

弹性楔形体入水砰击载荷及结构响应的理论计算与数值模拟研究

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爆炸与冲击 2021年第11期41卷 97-112页

作者：王一雯郑成吴卫国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

针对弹性楔形体砰击载荷及结构响应问题,采用理论解析计算方法以及任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合数值计算方法开展研究。分别分析不同边界条件、入水速度、板厚以及斜升角对弹性结构所受砰击力及结构... 详细信息

针对弹性楔形体砰击载荷及结构响应问题,采用理论解析计算方法以及任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合数值计算方法开展研究。分别分析不同边界条件、入水速度、板厚以及斜升角对弹性结构所受砰击力及结构响应的影响及变化规律,并探讨砰击载荷时间历程和物面分布特性。结果表明,通过增大斜升角可有效降低弹性楔形体砰击载荷和结构响应,斜升角自10°增大至30°,无量纲砰击力峰值减小至6.9%,结构变形极值减小至6.5%。可通过水弹性因数R_(F)=C_(B)_(tan)β√EI/(ρL^(3))/ν评估板厚、入水速度、斜升角以及边界条件对砰击载荷作用下结构水弹性效应的影响,在水弹性因数RF>1.71时,可采用理论解析方法高效高精度预报砰击载荷作用下弹性楔形体结构变形响应。

关键词：水弹性效应弹性楔形体砰击入水流固耦合

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战斗部舱内爆炸下舰船耦合毁伤数值计算

中国舰船研究 2022年第5期17卷 241-249,267页

作者：周沪岳学森孔祥韶郑成吴卫国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 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

[目的]旨在研究舰船结构在战斗部舱内爆炸下的耦合毁伤效应。[方法]以带壳弹起爆试验验证SPH-FEM耦合数值方法的有效性,对实船舱段缩比模型起爆试验进行数值计算,分析战斗部舱内爆炸时破片与冲击波对舰船结构的耦合毁伤效应。[结果]结... 详细信息

[目的]旨在研究舰船结构在战斗部舱内爆炸下的耦合毁伤效应。[方法]以带壳弹起爆试验验证SPH-FEM耦合数值方法的有效性,对实船舱段缩比模型起爆试验进行数值计算,分析战斗部舱内爆炸时破片与冲击波对舰船结构的耦合毁伤效应。[结果]结果显示,在战斗部舱内爆炸作用下,金属壳体产生的随机高速破片群具有特殊的空间分布特征,率先引起当舱结构的局部破坏,冲击波压力加剧了局部破坏效应,结构破口进一步对舱内爆炸冲击波的传播扩散空间产生了影响,进而对相邻结构造成毁伤。[结论]研究表明:简单地将战斗部等效为裸装药的方法不能真实反映战斗部舱内爆炸对舰船结构的毁伤效果;采用SPHFEM耦合的数值方法能够良好地还原试验中战斗部对舱室结构的毁伤模式。

关键词：舱内爆炸载荷耦合毁伤破片冲击波数值计算方法

基于CFD−非线性有限元双向耦合的集装箱船波浪下结构崩溃数值仿真

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中国舰船研究 2023年第6期18卷 134-142页

作者：刘维勤张亚强夏天禹陆晔杨萌吴卫国宋学敏武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064 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]充分考虑载荷非线性和物面非线性因素的影响,研究集装箱船在波浪下结构响应及动态结构崩溃模式。[方法]首先,基于CFD平台建立船舶水动力模型,采用重叠网格法实现船体水动力模型动边界网格与远场流体域的欧拉网格间的匹配,在流体... 详细信息

[目的]充分考虑载荷非线性和物面非线性因素的影响,研究集装箱船在波浪下结构响应及动态结构崩溃模式。[方法]首先,基于CFD平台建立船舶水动力模型,采用重叠网格法实现船体水动力模型动边界网格与远场流体域的欧拉网格间的匹配,在流体全域内采用流体体积法模拟自由面非线性,在流场全域内求解三维N–S方程,实时求解非线性波浪载荷;然后,建立可模拟船舯崩溃行为的船舶非线性有限元模型,基于显式动力学非线性有限元法计算包含塑性和屈曲的时域崩溃响应;最后,实现水动力模型与结构有限元模型在湿表面上的流体压力和节点位移的传递,以此进行CFD求解器与非线性有限元求解器间的双向迭代耦合,并实时计算4600 TEU集装箱船结构崩溃过程中的非线性波浪载荷和结构崩溃响应。[结果]结果显示,在极端波浪下上部至中部结构广泛进入塑性状态,主甲板、舷侧板、甲板纵骨和舷侧纵骨等构件在波浪下出现明显的屈服及失稳,甲板纵骨和舷侧纵骨等骨材发生严重的侧向失稳,船体结构丧失了承载能力。[结论]所提方法可较准确求解结构响应及动态崩溃模式,可作为研究船舶结构崩溃响应的一种新方法。

关键词：结构崩溃双向耦合非线性有限元法波浪载荷数值仿真

极端海况下复合材料高速船的结构响应与损伤研究

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2022年第5期46卷 837-842页

作者：范清扬刘斌雷加静吴卫国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 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 中国舰船研究设计中心武汉430064

为研究高速船在极端海况下的安全性,基于显式有限元软件LS-DYNA,分别研究船体剖面的砰击载荷及局部结构的动态响应.采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法分析高速船船艏、船舯及船艉剖面的入水砰击,确定砰击载荷作用的最大区域;再针对该区域... 详细信息

为研究高速船在极端海况下的安全性,基于显式有限元软件LS-DYNA,分别研究船体剖面的砰击载荷及局部结构的动态响应.采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法分析高速船船艏、船舯及船艉剖面的入水砰击,确定砰击载荷作用的最大区域;再针对该区域的局部结构开展结构响应与损伤分析,探究不同加筋形式复合材料层合板的抗砰击性能.结果表明:高速船艉部及舯部砰击载荷作用的最大区域位于其底部,艏部砰击载荷作用的最大区域位于防溅条下端;帽形加筋抗砰击性能较好,能有效减小船体结构在极端砰击载荷作用下的损伤变形.

关键词：复合材料高速船砰击载荷加筋板动态响应

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中型邮轮玻璃幕墙结构风致振动分析

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2023年第4期47卷 670-675页

作者：巫鹏朱玥葛珅玮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 招商局邮轮制造有限公司南通226000 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

文中通过CFD仿真获得全船流场信息,将玻璃幕墙结构的风压荷载作为输入,采用有限元仿真分析中型邮轮在不同速度及角度行驶过程中玻璃幕墙区域的流场特性和振动特性.数值计算结果表明:在全船流场影响下,玻璃幕墙的迎风面与结构角隅处压力... 详细信息

文中通过CFD仿真获得全船流场信息,将玻璃幕墙结构的风压荷载作为输入,采用有限元仿真分析中型邮轮在不同速度及角度行驶过程中玻璃幕墙区域的流场特性和振动特性.数值计算结果表明:在全船流场影响下,玻璃幕墙的迎风面与结构角隅处压力较大;随着速度增大,玻璃幕墙结构的振动位移逐渐增大;当风速恒定时,30°风向角与60°风向角的振动位移较大;当风向角与速度恒定时,顶层与底层玻璃幕墙结构的振动位移较大.

关键词：邮轮玻璃幕墙风致振动流固耦合数值仿真

基于DCGAN的水下结构物表面缺陷图像生成

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长江科学院院报 2023年第9期40卷 155-161页

作者：程风雯甘进李星吴卫国武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 国家大坝安全工程技术研究中心武汉430023 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

为提升水下结构物表面缺陷图像数据集的质量和规模,促进深度学习相关方法在水下检测领域中的应用,开展数据增强方法研究,提出一种基于深度卷积生成对抗网络(DCGAN)的水下结构物表面缺陷图像生成方法。首先,设计了一种水下结构物表面缺... 详细信息

为提升水下结构物表面缺陷图像数据集的质量和规模,促进深度学习相关方法在水下检测领域中的应用,开展数据增强方法研究,提出一种基于深度卷积生成对抗网络(DCGAN)的水下结构物表面缺陷图像生成方法。首先,设计了一种水下结构物表面缺陷图像采集装置,通过改变拍摄距离和补充光照强度,探究出一种保证水下图像质量的采集方式;其次,通过改进损失函数优化DCGAN,建立水下结构物表面裂缝图像生成模型,实现了水下结构物表面缺陷图像的生成;最后,利用YOLOv5检测网络验证生成图像的有效性。结果表明:生成的水下结构物表面裂缝图像平均峰值信噪比为25.142 6 dB,平均结构相似性为0.716 8,将生成图像和真实图像共同输入检测模型可有效提高检测精度。研究成果为大坝和引水隧洞等水工结构物的健康检测提供技术支撑。

关键词：水下结构物表面缺陷检测深度学习图像生成深度卷积生成对抗网络

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不同流动状态下旋转圆柱扰流数值模拟研究

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2022年第2期46卷 247-253页

作者：唐卫国陈威吴轶钢陈硕李晓彬武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学理学院武汉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 中国船级社武汉分社武汉430000

文中利用Fluent软件对层流(Re=200)与湍流(Re=3900)两种流动状态下的旋转圆柱绕流进行数值模拟研究,分析了不同转速比α(0≤α≤8)下旋转圆柱绕流特性,对比研究升力系数C_(L)、阻力系数C_(D)、斯特劳哈尔数Sr及尾部涡流情况.结果表明:... 详细信息

文中利用Fluent软件对层流(Re=200)与湍流(Re=3900)两种流动状态下的旋转圆柱绕流进行数值模拟研究,分析了不同转速比α(0≤α≤8)下旋转圆柱绕流特性,对比研究升力系数C_(L)、阻力系数C_(D)、斯特劳哈尔数Sr及尾部涡流情况.结果表明:随着旋转比的增加,两种流态下均发现了五种尾流结构形态,但在高旋转比下存在区别;水动力系数随旋转比的变化规律一致,升力系数均值增大,阻力系数均值先减小后增大,Sr随旋转比的增大而减小,且第二不稳定阶段的Sr值比第一不稳定阶段要小很多;与层流相比,湍流情况下升阻力系数均值(时间均值)随旋转比变化速率较缓,而Sr值随旋转比变化较快.

关键词：旋转圆柱绕流数值模拟水动力系数尾流结构旋转比