基于鲁棒学习算法的水下机器人神经网络控制

针对水下机器人神经网络控制系统响应速度慢及对噪声较敏感的问题,依据变结构控制理论,结合误差反向传播学习算法,推导出一种新颖的强鲁棒性学习算法,并详细讨论其全局稳定性条件,最后在水下综合探测机器人仿真平台上进行了试验研究.结果表明,控制器对学习率的改变和外界扰动有很强的鲁棒性,大大降低了机器人机械传动系统的磨损,且能够保证神经网络快速、稳定地学习,从而满足实时性控制的要求,具有较高的理论和实用价值.     

均匀流场中三维陷落腔流激振荡实验研究

针对均匀流场中,三维等高型陷落腔因分离流而产生的流激振荡问题,开展了系列的实验研究.实验过程中,主要考虑来流攻角为0时,流速变化(Re=2.06×105~1.16×106)对三维陷落腔流激振荡特性的影响.同时,分别测量了三维腔体侧壁周向及垂向流体压力,分析了腔体内稳态压力和脉动压力的周口、垂向分布规律及腔口剪切层自持振荡特性.实验结果表明:均匀流场中三维陷落腔内部压力分布复杂,且当雷诺数大于某值时腔体内稳态压力全都呈现出负压,同时腔口随边处存在着较大的脉动压力,且脉动压力随相对高度增加而减小,但腔口导边及侧面处的脉动压力随相对高度增加而增大.剪切层自持振荡频率的无量纲数St数随Re变化为一常数值,但其值略大于气流场中二维陷落腔的St数.     

外载荷作用下的船体梁极限弯矩

为了合理地预测船体梁极限弯矩,基于通用有限元系统,结合材料非线性和初始缺陷处理方法,考虑货物载荷、静水压力和水动压力等局部载荷和水平弯矩、扭转等外载荷作用,建立了一个计及外载荷效应的船体极限强度非线性有限元分析的框架.采用该文方法对Paik计算模型中受局部载荷作用的加筋板的极限强度进行了分析,计算结果表明,方法准确可靠.最后,计及外载荷作用对某型油船的极限弯矩进行了计算分析,研究表明:外载荷效应是不可忽略的,船体梁极限承载能力不仅与船体结构自身有关,还与外载荷密切相关.因此,建议根据船舶的具体装载工况分别进行船体梁极限承载能力计算.     

全非线性深水波的Green-Naghdi理论研究

全非线性深水波的数值模拟对于深海工程有着重要意义.应用二维深水G-N理论的控制方程,得到深水LevelⅢ G-N理论和Level Ⅳ G-N理论的线性解析解.采用深水Level Ⅲ和Level Ⅳ G-N理论对单色波进行数值模拟.提出适用于G-N理论的非线性造波边界条件,使用线性造波边界条件的结果与使用非线性边界条件的结果基本一致,因此可以使用线性造波边界叠加的方法来模拟不规则波.采用深水LevelⅢG-N理论模拟全非线性双色波和不规则波,并与线性解析解进行比较,结果表明使用深水LevelⅢG-N理论并配合线性造波边界条件来模拟全非线性深水不规则波是可行的.     

基于$pm3sigma$正态概率区间分族遗传蚁群算法的移动机器人路径规划

针对移动机器人路径规划问题,提出一种基于正态概率区间分族的家族遗传蚁群融合算法.首先提出初始种群优化及删除算子解决传统遗传蚁群融合算法中遗传阶段随机生成的初始种群质量低的问题;然后引入适应度值正态概率区间种群分族机制及家族混合交叉算子,解决传统遗传蚁群融合算法中易出现未成熟收敛的问题;最后引入混合变异策略以提高随机变异后生成的路径质量.将全局路径规划算法与局部路径规划算法-动态窗口算法相结合形成完整移动机器人运动规划.基于Matlab仿真平台与机器人操作系统平台进行实验分析,结果验证了所提出正态化概率分族遗传蚁群融合算法求解移动机器人路径规划问题的有效性.     

水下爆炸船体结构响应间断伽辽金法数值模拟

为求解水下爆炸强间断流场,采用Level Set方法定位多相流界面位置,应用虚拟流体方法处理邻近界面两侧物理量,并用RKDG方法进行空间和时间的离散,求解流场的Euler方程,并进行一维、二维评价,计算结果能够较好地反映水下爆炸冲击波产生、传播、反射和爆炸产物的膨胀等现象.最后,结合大型非线性有限元软件ABAQUS,模拟了船体板在水下爆炸载荷作用下的变形和响应特征.模拟结果表明,间断迦辽金法能够实现对水下爆炸船体结构响应精确模拟,板架结构响应与爆心距离成反比.     

冰临近过程中螺旋桨的水动力性能计算分析

为了研究非接触工况下的冰桨干扰水动力载荷,以粘性流体力学为基础,运用重叠网格技术,开展了冰桨干扰的定常计算方法的研究。首先,通过与实验结果的对比,验证了方法可行性;其次,基于重叠网格技术,研究了干扰冰运动到不同空间位置时,螺旋桨水动力性能的变化趋势和规律;计算时,各计算域均采用切割体非结构化网格,各域之间通过重叠网格的嵌套进行数据的传递。为了更好地捕捉桨前流场的细节,在冰桨间隙处进行了多层网格的局部加密,同时结合SSTk-ω湍流模型进行冰桨近场水动力计算。总结出冰对螺旋桨的影响是由冰在桨前产生的干扰伴流区域位于桨盘面以内的面积以及与桨的相对位置共同决定的。计算结果具有一定的可靠性,可为冰区螺旋桨的设计与性能计算提供参考。     

极端海况下FPSO系泊系统安全性评估与分析

针对近年极端海洋性气候频发所导致的FPSO系泊系统安全性问题,从服役多年系泊系统钢缆的剩余强度入手,评估影响船体运动的环境参数,给出系泊钢缆的安全系数。利用准静态的方法估算环境等级的范围,选取南海某型FPSO建立系泊系统耦合计算模型。应用AQWA-DRAFT与AQWA-NAUT模块,采用时域非线性方法对系泊系统进行耦合分析,在满足规范系数的前提下确定现服役系泊系统的定位能力,预报系泊系统所能承受的最大风浪流极值组合及对应的台风等级。通过计算可看出钢缆强度的下降直接影响着系泊系统的定位能力,导致其无法抵御百年一遇的台风,系泊系统可抵御台风等级降至12级。     

船用复合材料连接结构稳定性分析方法

针对船用复合材料连接结构失稳问题,采用传递矩阵法对复合层梁稳定性进行研究,推导了船用复合层梁的等效刚度,提出了船用复合层梁连接结构的稳定性计算方法,并将计算结果与数值仿真和稳定性试验结果进行对比,对计算方法进行验证。结果表明,本文提出的方法对于船用复合材料连接结构稳定性求解有较高的精度。通过本文的研究,丰富了复合层梁结构稳定性计算方法,为复合材料连接结构的设计和制造,提供了工程设计参考。     

3000m起重铺管船铺管作业率研究

针对3 000 m起重铺管船的运动性能,对其铺管作业率做了相应的研究。将模型试验得出的规则波运动响应的每个自由度的n个数据点通过样条差值的方法编写到不规则波响应谱中,并采用变步长勒让德-高斯积分的方法求解出船舶不规则波运行的单幅最大值。同时,与SESAM程序软件的计算结果作对比,经研究,验证了该计算方法的有效性。最后,将计算出的一系列单幅最大值与相应校准值作比较,根据海况资料,将所有满足条件的一系列不规则波的发生概率相加,则起重铺管船在特定工况下的铺管作业率得到了求解。