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第52卷,第4期
刊出日期:2024年04月
  • 船舶与海洋工程
  • 何国联, 姚朝帮, 孙小帅, 孟凡亮 doi: 10.13245/j.hust.240700 P1-7 在线阅读 下载(2.95 MB)
    采用长短期记忆(LSTM)神经网络模型对船舶在不同海况下的运动姿态进行预报.针对LSTM模型难以优化的特点,提出了一种耦合特征LSTM神经网络模型.首先对船舶运动时间序列数据进行了归一化处理;然后基于深度学习框架TensorFlow搭建了具有输入层、隐藏层和输出层的LSTM模型;接着将原始数据按照不同特征输入形式进行划分;最后采用不同耦合特征LSTM模型分别对测试样本进行预报.结果表明:相比于其他LSTM模型,六自由度耦合特征LSTM神经网络模型的预报精度有明显优势;在四级海况下,运动预报误差降低了2.1%~12.9%;在五级海况下,运动预报误差降低了2.4%~12.3%;六特征耦合LSTM模型只须进行一次计算,就能同时输出六自由度运动,可减少51.4%~82.7%的计算时间,提升了计算效率.
  • 杨哲超, 陈科, 蓝林欣, 尤云祥 doi: 10.13245/j.hust.240764 P8-15 在线阅读 下载(3.11 MB)
    为探究潜艇长径比对海表尾迹特征的影响,构建与实艇尺寸相当且长径比各不相同的主艇体模型,采用计算流体力学(CFD)方法模拟其近水面匀速潜行时产生的兴波尾迹,并对时域空间尾迹信号进行二维快速傅里叶变换(2D-FFT),获取尾迹信号的功率谱密度(PSD)分布图.同时考虑实际海水密度稳定层化背景,结合分层流内波的模态分析理论,有效分离海表尾迹的内波成分.研究表明:当近水面航行时,分层效应影响较小,产生的尾迹波谱密度值约占海表尾迹波系的1%,而尾迹波系的首、尾横波能否发生有利干扰相较于艇体排水量的差异对自由面兴波尾迹的时域和频域特征影响更大;当首尾兴波均发生有利干扰时,长径比较小的艇型海表尾迹的高频波成分占比相对较小,在排水量增大的同时,仍具有较好的尾迹隐身性能.
  • 王赤忠, 郑宇谦, 葛晗, 朱嵘华 doi: 10.13245/j.hust.240124 P16-21 在线阅读 下载(2.75 MB)
    基于时域二阶势流理论,对位于均匀流中的水平半圆柱体在水面上的二阶波绕射问题进行了计算,得到了自由表面波时间历程、圆柱所受到的水动力时间历程及相应的一、二阶波和水动力幅值,并以此作为神经网络的训练样本,采用LM-BP神经网络来预测任意参数(波浪频率或波数、流速或傅汝德数)组合下波浪和水动力幅值或峰值及其时间历程,可以快速地获得精度较高的计算结果.研究结果表明:对于样本数较小的一阶、二阶波浪和水动力幅值预测,可以采用单个隐含层及较少的神经元数或节点数即可获得较高精度的预测结果;而对于样本数很大的波浪和水动力时间历程预测,需要至少2个隐含层及较多的节点数才能获得较满意的结果.
  • 李昊然, 李焱, 李耀隆, 王宾 doi: 10.13245/j.hust.240828 P22-29 在线阅读 下载(2.81 MB)
    采用相位调制法生成畸形波波面时历,在时域内模拟该原始畸形波作用下SPAR(立柱)型浮式风力机运动,分析其浮式基础的运动规律.结果表明SPAR型浮式基础的纵荡和纵摇对畸形波的起伏程度变化更加敏感.起伏程度较大的畸形波会使SPAR型浮式基础第一纵荡峰值增大,第二纵荡峰值减小,并使纵摇的瞬态幅度增大,且第一纵荡峰值随畸形波的起伏程度增加呈现出较弱的非线性增加趋势.当起伏程度增大5%时,第一纵荡幅度比原始畸形波作用时增大5.3%,纵摇幅度比原始畸形波作用时增大5.4%.冲击高度较大的畸形波会减小浮式基础纵摇,对纵荡影响并不明显,当冲击高度增大5%时,纵摇幅度比原始畸形波作用时减小2.3%.
  • 陈德山, 王之森, 汪洋, 吴兵 doi: 10.13245/j.hust.249999 P30-36 在线阅读 下载(2.19 MB)
    针对水下航行器运动与水下声学感知过程中因多因素强耦合导致相关联合仿真模型缺失问题,提出一种适用于水下自由视角探测的运动位姿和声呐图像高逼真耦合仿真方法.首先建立多波束图像声呐几何模型,并提出声呐视域简化方法,实现声呐图像快速生成;其次建立水下地形、航行器路径和探测视角耦合的自由扫测模型,实现水下自由视角扫测与成像;最后针对声呐图像干扰的高逼真仿真问题,提出一种基于实测数据拟合的结构化噪声和回波重影建模方法,进一步提高仿真声呐图像的逼真度.实验结果表明:该模型能够有效实现水下航行器自由视角扫测过程的位姿和声呐数据组合仿真,生成具有一定逼真度的多波束声呐图像.
  • 姜宜辰, 董宇, 张贺, 李嘉文 doi: 10.13245/j.hust.240548 P37-41 在线阅读 下载(2.44 MB)
    针对势流预报方法速度快但精度受黏性影响显著、黏流预报方法精度高但计算效率较低的问题,提出一种基于黏性等效的耐波性预报降阶预报方法.该方法首先基于一种强迫放大运动,快速获取船舶阻尼随运动幅度变化的特性;再根据黏性等效原则和船舶运动状态,对无黏耐波性预报模型的阻尼进行实时修正.为验证该方法的有效性,以DTMB 5415船模为研究对象,开展了顶浪环境下的水池模型试验.结果表明:该方法预报的纵摇运动响应误差低于6.2%,垂荡运动响应误差低于15.6%;在仿真时间方面,该方法预报效率比传统黏流模型高出10倍以上.
  • 张恒, 胡海豹 doi: 10.13245/j.hust.240630 P42-48 在线阅读 下载(2.77 MB)
    针对自由边界的三维空泡溃灭问题,以格子Boltzmann方法为流场核心求解器,结合伪势多相流模型与Carnahan-Starling(C-S)状态方程,开展了定压边界条件下,不同温度、初始溃灭半径的三维空泡溃灭过程的模拟研究.通过模拟给出了空泡溃灭过程中流场的两相界面图,并定量分析了三维空泡溃灭时间随着半径变化的关系.结果表明:在定压强边界下,空泡的初始半径与总溃灭时间呈线性相关,且不同温度、不同初始半径的空泡溃灭具有相似的过程;相同温度条件下,空泡溃灭速度随时间不断增加,空泡初始半径越大,空泡溃灭速率最大值出现的时间越晚;对于相同半径条件下,温度比越大,空泡溃灭最大速率出现的时间越晚.
  • 周利兰, 张能, 王绍敏, 谢洁 doi: 10.13245/j.hust.240617 P49-55 在线阅读 下载(4 MB)
    针对混合结构式养殖船周围流场分布问题,采用基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方程的CFD (计算流体力学)方法对无网、带侧网、带侧网及底网三种养殖船模型的绕流场进行了数值计算,计算中采用多孔介质模型模拟网衣,基于计算结果对不同来流速度下养殖船总阻力的变化及网衣对养殖船内外流场的影响等进行了探讨.结果表明:同一流速下带侧网的养殖船总阻力最大,而带侧网及底网养殖船总阻力最小;侧网的存在会使养殖船中间舱处产生旋涡,而侧网和底网同时存在会使养殖船内部发生局部阻塞现象.
  • 谭康力, 谢伟, 刘祖源, 解学参 doi: 10.13245/j.hust.240806 P56-63 在线阅读 下载(4.75 MB)
    为研究双桨双舵船在发生机械故障时的操纵性问题,基于计算流体力学方法(CFD)建立数值水池,采用重叠网格技术和动态流体物体相互作用(DFBI)模块研究船舶在操纵运动过程中的响应.以DTMB5415M为研究对象,对设计工况下的DTMB5415M操纵运动进行了数值模拟验证,并将该方法用于单螺旋桨失效、单舵失效和桨舵同时失效情况下的DTMB5415M操纵运动数值模拟.结果表明:双桨双舵船在发生机械故障情况下的操纵性能会发生恶化,单舵失效时的船舶操纵性能相比单桨失效时更差,异侧桨舵同时失效时的船舶操纵性能相比同侧桨舵失效时更差.
  • 孟凡凯, 徐辰欣, 陈华伟 doi: 10.13245/j.hust.240533 P64-70 在线阅读 下载(2.44 MB)
    基于有限时间热力学,建立了工作在密闭空间中的分离式两级热电制冷装置瞬态模型,给出了瞬态性能的计算方法,得到了制冷空间温度、模块温差、输入功率、制冷系数等随时间的变化规律.分析了热电制冷器的工作电流和热电臂长度等关键参数对制冷空间稳定温度、制冷量和制冷系数的影响,并与串联式两级制冷器性能进行了对比.结果表明:相比串联式两级热电制冷器,分离式制冷器的初始制冷系数提高了3.57%,无热源非绝热模型和有热源非绝热模型在300 s处制冷系数分别提高了5.72%和4.11%,空间温度分别降低了5.58%和3.09%;通过对工作电流的优化,无热源绝热模型和非绝热模型空间温度可分别降低至-29.03 ℃和8.98 ℃.
  • 邵文勃, 马山, 张益凡 doi: 10.13245/j.hust.240640 P71-75 在线阅读 下载(1.56 MB)
    为了预报滑行艇在静水中的运动姿态及垂向力分布情况,采用2D+t势流方法,将滑行艇直航问题转化为二维剖面入水砰击问题,建立滑行艇静水运动姿态的时域预报模型.对滑行艇剖面入水砰击载荷采用MLM(改进Logvinovich模型)砰击模型进行计算,并针对2D+t理论对滑行艇静压力及首尾部水动力三维效应预报的不足之处进行了改进.针对滑行艇约束模,改进2D+t方法得到的垂向力沿船长方向分布情况能够与三维黏流CFD(计算流体力学)结果符合较好;针对自由模,改进2D+t方法得到的运动姿态能够与模型试验结果符合较好,证明了改进2D+t方法对滑行艇在静水中的水动力问题具有较好的预报精度.
  • 冯辉, 蒋成鑫, 徐海祥, 谢磊 doi: 10.13245/j.hust.240555 P76-81 在线阅读 下载(1.68 MB)
    针对智能船舶在内河航道航行时经常出现的船舶互相遮挡而影响目标检测精度的问题,提出了一种基于多特征聚合的水面遮挡目标检测算法.首先,在骨干网络设置多尺度感受野特征融合结构,融合被遮挡船舶可视区域与周围环境特征;其次,在骨干网络及网络的特征拼接部分添加混合注意力机制,增强网络的长程依赖性,聚合船首和船尾的特征;然后,设计了数据重采样策略,在训练过程中根据船舶类别的数量自适应地调整样本采样频率,缓解数据集中船舶数量的严重不均匀;最后对算法进行验证。结果表明:算法通过聚合被遮挡船舶可视区域与周围环境等多尺度特征,聚合船首、船尾长程特征,相较于原算法精度提升达到了3.3%,有效提升了视觉遮挡状态下水面目标的检测精度.
  • 王超, 李秋月, 赵雷明, 孙聪 doi: 10.13245/j.hust.240491 P82-87 在线阅读 下载(2.94 MB)
    根据尾流收缩叶梢负载(CLT)标模桨的特殊几何形式、尾涡特性,对面元法的参数化建模、预设尾涡模型及网格划分形式进行了相应计算理论修正.为了验证改进后面元法对于预报不同端板形式的CLT桨敞水性能的适用性,改变端板参数描述建立了三组CLT桨计算模型,使用改进后面元法计算敞水性能,将面元法结果与计算流体力学(CFD)方法模拟结果对比,设计进速附近的效率差约为2%.结果表明:该面元法程序可以快速预报变端板参数CLT桨敞水性能,且预报精度满足工程要求,预报结果可作为后续优化设计和试验设计参考依据;减小原端板50%宽度,在低进速附近,推力最多提高约10%,设计剖面的表面压力分布结果与CFD方法计算结果符合较好.
  • 胡育诚, 王向军, 汪石川 doi: 10.13245/j.hust.240708 P88-93 在线阅读 下载(2.53 MB)
    为实现低信噪比情况下的舰船轴频电场特征提取,提出一种基于MEFD-小波阈值的特征提取方法.首先采用引入自回归滑动平均模型(ARMA)的改进经验傅里叶分解(MEFD)分解含噪信号;然后采用L2范数筛选出有效信息分量;最后对后续的信号采用小波阈值降噪进行处理.为验证所提方法的有效性,采用仿真信号与船模实测信号进行对比实验.结果表明:本文方法对环境噪声干扰具有鲁棒性,在船模实验2B距离下的提取结果正交性指数为0.001 5,相似性指数为0.450 3,具有更好的特征提取效果,能实现更远距离的电场信号检测,为后续的电场特性分析及应用打下良好基础.
  • 郭荣, 王乾年, 韩伟, 李舟睿 doi: 10.13245/j.hust.240065 P94-99 在线阅读 下载(2.87 MB)
    采用DES(分离涡模型)湍流模型对巡航状态下泵-艇一体化模型进行全流域非定常数值模拟,利用Ω准则识别捕捉不同航速的泵喷尾部流场中的涡结构,研究喷流涡的动力学特性.结果表明:潜艇和泵喷推进器外部绕流与尾部喷流相互作用,产生不同的流场区域,随着航速增加无旋区和流场扩散区范围增加,艇体绕流和尾部喷流以更快的速度产生强耦合作用,并沿着潜艇前进的反方向发展和运动;随着航速增加毂涡变化区间不断增加,剪切层涡的范围和能量及脱落涡的能量也随着航速的增加而增加;旋转周期内,流场中部毂涡和脱落涡相互影响较弱,两种涡沿着叶轮旋转方向做无周期的旋转运动,流场尾部两种涡产生复杂影响,随时间产生无规则变化及运动.
  • 谈明高, 胡胜, 吴贤芳, 刘厚林 doi: 10.13245/j.hust.240752 P100-105 在线阅读 下载(2.12 MB)
    为降低喷水推进泵流动诱导噪声,以进水流道倾斜直管的倾斜角、唇部圆角半径、纵向总长、过渡弯管半径及进水口形状为优化参数,对进水流道结构进行了组合优化.基于分离涡混合模拟和声学有限元方法建立了喷水推进泵流动诱导噪声数值计算方法,并通过试验结果验证了数值计算方法的可靠性.基于数值计算,分析了不同进水流道方案下喷水推进泵的水动力性能、压力脉动特性和流动诱导噪声特性.结果表明:最优方案下喷水推进泵推力提高0.103%,扭矩提高7.7%;压力脉动幅值整体下降;流动诱导噪声主频处声压级幅值下降1.8 dB,全频段总声压级下降1.0 dB,中低频段和高频段总声压级分别下降1.0 dB和3.5 dB.
  • 孙硕, 伍锐, 刘恒, 陈伟奇 doi: 10.13245/j.hust.240083 P106-112 在线阅读 下载(933.18 KB)
    基于国际标准并参照国家计量规范,对螺旋桨桨帽鳍试验节能效果的影响因素进行详细分析,进而对其进行不确定度计算.首先,通过GUM(测量不确定度表示指南)方法对螺旋桨安装桨帽鳍前后水动力性能试验各环节不确定度分量进行梳理,根据不确定度测量方程,确定了A类及B类不确定度对试验结果的影响;然后,对某油轮螺旋桨安装桨帽鳍前后的水动力性能进行30次重复性测试.结果表明:在95%包含概率下,推力的扩展不确定度不高于0.25%,扭矩的扩展不确定度不高于0.5%,螺旋桨效率的扩展不确定度不高于0.45%,本次试验不确定度能满足螺旋桨桨帽鳍试验的较高要求,并用蒙特卡罗法与GUM法计算结果进行了对比,两者较为符合,验证了GUM方法的适用性.
  • 毛玉红, 陈超, 王敏 doi: 10.13245/j.hust.240816 P113-120 在线阅读 下载(4.73 MB)
    采用大涡模拟(LES)方法对Taylor-Couette涡流场进行瞬态数值模拟,研究了波状涡流场中不同旋转雷诺数下环隙子午面上涡流场特征随时间的变化情况,分析了波状涡流场的周期性变化规律.结果表明:Taylor-Couette波状涡流场内的涡旋大小、形态及涡心位置存在周期性变化规律,相邻涡旋的形态与特征呈现相反的变化趋势;涡旋、涡核的变化周期几乎完全相同,当转速为20 r/min时,涡旋和涡核的周期变化时间分别为6.80 s和6.83 s,当转速为40 r/min时,涡旋和涡核的周期变化时间分别为1.49 s和1.50 s,但涡核的变化趋势在周期变化过程中处于主导地位;随着旋转雷诺数的增大,波状涡的变化周期逐渐减小,说明周期的数值变化一定程度上可以反映并衡量Taylor-Couette涡流场形态的转变过程.
  • 土木与能源工程
  • 杜春雪, 徐超, 杨阳, 李明艳 doi: 10.13245/j.hust.240097 P121-127 在线阅读 下载(2.39 MB)
    为研究无纺土工织物过滤黏性土在长期渗流条件下的反滤特性,采用不同单位面积质量(克重)的无纺土工织物和淤泥质粉质黏土,通过长期渗透试验,测量了土-无纺土工织物体系渗透系数随时间的变化过程,分析了渗透系数随时间的变化规律,探讨了土工织物滤层的反滤特性,并结合已有的无纺土工织物渗透系数的计算公式,提出了计算过滤后无纺土工织物渗透系数的等效孔隙率法.结果表明:土-无纺土工织物体系渗透系数随着渗透时间持续减小并趋于稳定,与时间之间符合幂函数关系;无纺土工织物滤层的透水性用渗透系数来表征,其被土粒堵塞后的孔隙率决定了渗透系数的大小;基于等效孔隙率的简化方法,计算过滤后无纺土工织物的渗透系数下降了一个数量级,但仍满足反滤准则中的透水性要求;建立的渗透系数随时间变化的幂函数关系式可以较好地反映无纺土工织物滤层的堵塞情况和透水性.
  • 刘万里, 蔡小培, 方涛涛, 杨憬帆 doi: 10.13245/j.hust.240062 P128-135 在线阅读 下载(3.09 MB)
    基于梁-轨相互作用理论建立线-板-桥-墩空间耦合模型,研究了无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度对钢轨附加力及断缝值的影响,给出了市域铁路简支梁桥墩纵向刚度限值的控制因素及合理值.结果表明:增大桥墩纵向刚度可减小钢轨附加总应力和梁-轨相对位移,不同于有砟轨道简支梁桥,市域铁路无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度限值由钢轨强度控制;建议24,32,48 m简支梁桥上铺设U71Mn钢轨和常阻力扣件,温暖区域桥墩刚度限值分别取5,6和15 MN/m,寒冷区域取5,12和54 MN/m;64 m和80 m简支梁上铺设U75V钢轨和常阻力扣件,温暖区域刚度限值分别取22 MN/m和70 MN/m,寒冷区域取84 MN/m和240 MN/m;当寒冷区域80 m简支梁桥两侧梁端铺设小阻力扣件时,桥墩刚度限值可减小至84 MN/m.
  • 罗大明, 李凡, 牛荻涛 doi: 10.13245/j.hust.240078 P136-142 在线阅读 下载(1.08 MB)
    基于Nernst-Plank方程,引入构成因子的概念,分析了混凝土孔隙溶液离子组成和浓度对混凝土电导性的影响,建立了基于混凝土电阻率的氯离子扩散系数计算模型.通过混凝土电阻率测试试验,讨论了水胶比、内养护作用、养护条件对内养护混凝土电阻率及孔隙迂曲度的影响,并对比了自然浸泡试验得到的氯离子扩散系数.结果表明:低水胶比内养护混凝土有着更大的电阻率和孔隙迂曲度,养护环境中湿度的改变对混凝土电阻率和孔隙迂曲度的影响较小;电阻率法可以在一定程度上反映混凝土中氯离子传输性能的相对强弱,该方法得到的混凝土氯离子扩散系数与自然浸泡法得到的结果符合良好的线性相关关系.
  • 苏惠坤, 李正宇, 龚领会, 张梅梅 doi: 10.13245/j.hust.240077 P143-148 在线阅读 下载(2.16 MB)
    为了实现氦液化系统的高效性,提出了一种新型双压氦液化循环,探索在相同的高压压力下,流程参数、部件效率、系统液化率及㶲效率等重要参数随中压压力的变化规律.结果表明:改变中压压力,流程液化率随着中压压力的增加而增加,而㶲效率随之减小,当中压压力为7.0×105 Pa时,液化量为90.46 L/h,㶲效率达到最大值18.6%,当中压压力为12.5×105 Pa时,液化量和㶲效率分别为107.4 L/h和17.5%;双压氦液化循环相较于modified-Claude(修正-克劳德)循环,减小了节流阀处的损失,同时降低了系统功耗,提高了系统整体的㶲效率.
6 2024
主 管:教育部
主 办:华中科技大学
主 编:李元元
刊 号:ISSN 1671-4512
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