东风船舶公司船台滑道改造数学模型研究
船舶动力学模型的改进与优化

船舶动力学模型的改进与优化第一章:引言船舶是海运业的核心,是全球海上运输的骨干力量。
船舶动力学模型是研究船舶运动和性能的基本工具。
船舶动力学模型的准确性对船舶的安全和效益至关重要。
因此,改进和优化船舶动力学模型是船舶建造和设计过程中的重要任务。
本文将介绍船舶动力学模型的概念、应用、改进和优化的方法,并讨论一些船舶动力学模型的实际案例。
本文旨在为船舶动力学的研究和应用提供一些有益的信息和洞察。
第二章:船舶动力学模型的概念和应用船舶动力学模型是基于船体特征和输入数据建立的数学模型。
船舶动力学模型用于预测船舶的运动性能、稳定性和速度等。
它通常包括以下元素:1. 船体几何特征,如长度、宽度、吃水、挂深等。
2. 前进功率或推进力。
3. 波浪力和风力等外部影响。
4. 船舶的运动学和动力学特性,如回旋半径、曲线半径、方向稳定性、侧倾和纵摇等。
船舶动力学模型可以用于以下方面:1. 船舶设计和建造。
2. 船舶操作和控制。
3. 船舶性能评估和优化。
4. 船舶安全评估和管理。
第三章:船舶动力学模型的改进方法船舶动力学模型的改进是提高船舶设计和操作效率的关键。
以下是一些常用的改进方法:1. 基于试验和实测数据来修正和完善船舶动力学模型。
2. 采用高级数学方法和算法,如计算流体力学和多体动力学等。
3. 将其他领域的知识应用到船舶动力学模型中,如控制理论和优化方法等。
4. 建立动态的船舶动力学模型,以考虑船舶的储能和释能过程。
第四章:船舶动力学模型的优化方法船舶动力学模型的优化是最大化船舶性能并满足特定需求的关键。
以下是一些常用的优化方法:1. 使用计算机模拟和优化工具,如MATLAB/Simulink和优化程序等。
2. 采用设计参数的灵敏性分析,以确定哪些参数的变化最大程度影响了性能。
3. 利用适当的优化算法或方法对模型进行优化,如遗传算法、梯度下降、模拟退火等。
4. 评估优化方案并确定最优设计,通常应考虑多个响应变量和约束条件。
船舶结构优化设计的数值模拟

船舶结构优化设计的数值模拟在船舶工程领域,船舶结构的优化设计至关重要。
它不仅关系到船舶的安全性、可靠性,还直接影响到船舶的性能、经济性以及运营成本。
随着计算机技术的飞速发展,数值模拟已经成为船舶结构优化设计中不可或缺的工具。
数值模拟是一种基于数学模型和计算方法,对物理现象和过程进行仿真的技术。
在船舶结构优化设计中,数值模拟可以帮助工程师在设计阶段就对船舶结构的力学性能、流体性能等进行预测和分析,从而避免了传统设计方法中需要反复制造样机、进行试验所带来的时间和成本的浪费。
船舶结构优化设计的目标通常是在满足各种约束条件的前提下,如强度、刚度、稳定性、振动特性等,使船舶结构的重量最轻、成本最低或者性能最优。
为了实现这些目标,需要对船舶结构的几何形状、材料分布、连接方式等进行优化。
在数值模拟中,首先需要建立船舶结构的数学模型。
这包括对船舶结构进行离散化,将其划分成有限个单元,并确定每个单元的力学特性和边界条件。
常见的有限元方法就是一种广泛应用于船舶结构数值模拟的技术。
通过将船舶结构离散成大量的小单元,可以较为准确地模拟其复杂的力学行为。
对于船舶的强度分析,数值模拟可以计算出在各种载荷工况下,船舶结构内部的应力分布和变形情况。
例如,在静水压力、波浪载荷、货物载荷等作用下,通过模拟可以确定结构中的薄弱部位,从而为结构的加强和改进提供依据。
在船舶的流体性能分析方面,数值模拟可以模拟船舶在水中的流动情况,计算出阻力、升力、流场分布等参数。
这对于优化船舶的外形,提高航行性能具有重要意义。
例如,通过模拟不同船型的流场,可以找到阻力最小的船型设计方案。
除了强度和流体性能,船舶结构的振动特性也是优化设计的重要方面。
数值模拟可以分析船舶结构的固有频率和振型,避免在实际运行中发生共振现象,保证船舶的舒适性和设备的正常工作。
然而,船舶结构优化设计的数值模拟并非一帆风顺。
在实际应用中,存在着诸多挑战和困难。
首先是计算精度和计算效率的平衡问题。
船舶推进系统的动力学建模与性能研究

船舶推进系统的动力学建模与性能研究引言大海上的船舶推进系统是船舶能源利用的关键组成部分,对船舶的性能和效能有着重要影响。
船舶推进系统的动力学建模和性能研究是为了提高船舶的航行效率、降低油耗和减少环境污染而进行的重要工作。
本文将探讨船舶推进系统的动力学建模和性能研究的相关内容。
1. 船舶推进系统简介船舶推进系统主要由发动机、传动系统和推进器构成。
发动机负责产生推进力,传动系统将发动机的动力传递给推进器,推进器则将动力转化为船舶的推进力,推动船舶前进。
船舶推进系统的设计和优化是为了提高航行速度、减少油耗和降低船舶运营成本。
2. 船舶推进系统的动力学建模船舶推进系统的动力学建模是为了模拟和分析系统的运行特性、系统参数之间的关系以及系统的响应。
动力学建模可以通过数学模型来描述船舶推进系统的行为,并通过实验数据进行参数校准和验证。
2.1 发动机动力学建模发动机是船舶推进系统的核心部件,其动力学建模是系统级建模的基础。
发动机动力学建模主要包括燃烧过程建模、燃料系统建模和机械系统建模。
燃烧过程建模可以通过考虑燃油供应、点火过程和燃气流动等因素,描述燃烧过程的动态特性。
燃油系统建模可以通过建立燃油供给系统的传递函数,研究燃料供给的动态响应和稳态特性。
机械系统建模主要将发动机输出轴的扭矩和转速作为输入,通过建立传递函数描述发动机的机械传动特性。
2.2 传动系统动力学建模传动系统是船舶推进系统的能量传输和转化装置,其动力学建模能够描述传动过程中的能量损耗和转化效率。
传动系统动力学建模主要包括船舶传动系统的传递函数建模和传动效率建模。
传递函数建模可以通过分析传动系统的力学特性和摩擦特性,建立输入和输出之间的传递函数关系。
传动效率建模则可以通过实验数据分析和数学建模,研究传动系统的能量损耗和转化效率,以优化传动系统的设计。
2.3 推进器动力学建模推进器是将发动机输出的动力转化为船舶的推进力的设备,其动力学建模能够描述推进器的推力特性和动态响应。
侧推器协助船舶靠离泊操纵的数学模型

侧推器协助船舶靠离泊操纵的数学模型
港口船舶靠离泊操作是港口中行驶安全的基础,也是船舶管理及
维护中一项重要技术。
靠离泊操作受到复杂力学运动和外部环境影响,存在操作难度大,命中率不高的问题,为此,专家研发出了基于侧推
器协助船舶靠离泊操作的数学模型,以提高操作的命中率。
该数学模型基于海洋力学的基本原理,使用了多项流体动力学原理,如漂移角、瞬间推进、纵向升力、横向抵抗力等,建立了描述船
舶运动的航行动力学模型并以此修正操纵力。
在靠泊过程中,增加侧
向推进力来帮助船舶靠泊;离泊过程中,船舶在侧推器催动下,结合
周围海流弃航向离开码头。
数学模型建立完成后,通过实际数据来验
证其模型准确性,将把模型应用到具体的船舶靠离泊操纵中,并取得
可喜的结果。
经过验证,基于侧推器协助船舶靠离泊操作的数学模型对港口船
舶靠离泊操作有着显著的提高。
使船舶能够更好、更准确地计算操纵
角度和推进力,更加安全地进行靠离泊操作。
未来,数学模型有望进
一步研究完善,增加更多操纵条件和模型参数,同时也将在港口船舶
靠离泊操纵方面发挥巨大作用。
船舶水上纵向运动的非线性数学模型构建

收稿日期: 2018 – 12 – 02 作者简介: 关砚蓬 (1986 – ),男,硕士,讲师,主要从事计算数学领域研究。
·2·
舰船科学技术
第 41 卷
顺ห้องสมุดไป่ตู้变化的样本,通过对船舶水上纵向运动数据之间 的时间关系构建船舶水上纵向运动预测模型,但是本 质上仍然属于线性建模技术,因此船舶水上纵向运动 预测精度提高有限 。 [4-6]
GUAN Yan-peng (Zhengzhou Institute of Technology, Zhengzhou 450044, China)
Abstract: In order to solve the problem of prediction accuracy of ship's longitudinal motion on water, a method of constructing a non-linear mathematical model of ship's longitudinal motion on water is designed. Firstly, the shortcomings of the current linear mathematical model of ship's longitudinal motion on water are analyzed. Then, the non-linear modeling method-neural network is introduced to fit the variation characteristics of ship's longitudinal motion on water, and the non-linear prediction model of ship's longitudinal motion on water is established. Finally, the simulation experiments are compared with the linear modeling method of ship's longitudinal motion on water. The results show that the method proposed in this paper is effective. The prediction accuracy of ship longitudinal motion on water is high, and the prediction error of ship longitudinal motion on water is less than that of linear ship longitudinal motion on water. The validity and superiority of the non-linear ship longitudinal motion modeling method in this paper are verified.
船舶运载能力最优化的决策模型

船舶运载能力最优化的决策模型船舶运载能力的最优化决策模型是在船运业务中的一个重要问题。
如何合理地配置船舶的运载能力,以最大程度地提高运输效率和降低成本,是船运公司和船舶运输相关方面一直以来关注的焦点。
本文将探讨船舶运载能力最优化决策模型的相关问题,并提出一种解决方案。
首先,为了建立船舶运载能力最优化的决策模型,我们需要考虑以下几个因素:货物的种类和数量、航线的长度和时间、船舶的吨位和速度等。
这些因素将直接影响到船舶的装载量和运输效率。
因此,我们需要收集和分析大量的数据,并运用数学模型进行建模和优化。
其次,为了确定最优的船舶运载能力,我们可以采用线性规划的方法。
线性规划是一种数学优化方法,可以帮助我们在满足一定约束条件的情况下,找到使目标函数最大化或最小化的最优解。
在船舶运载能力最优化的决策模型中,我们可以将目标函数定义为运输效率或成本的最小化,约束条件包括船舶的装载量、航线的时间和船舶的速度等。
然而,线性规划模型在实际应用中存在一些限制。
例如,它假设目标函数和约束条件都是线性的,而在现实情况中,这些因素往往是非线性的。
因此,我们需要对模型进行改进,以更准确地反映实际情况。
一种常用的改进方法是使用非线性规划模型,它可以处理更复杂的目标函数和约束条件。
除了线性规划和非线性规划模型,我们还可以考虑其他的优化算法,如遗传算法和模拟退火算法等。
这些算法可以在搜索空间中寻找最优解,并逐步优化模型。
通过不断迭代和优化,我们可以找到最优的船舶运载能力,从而提高运输效率和降低成本。
此外,为了进一步提高船舶运载能力的最优化决策模型的准确性和可靠性,我们还可以考虑引入其他因素,如天气条件、货物的特性和市场需求等。
这些因素将对船舶的装载量和运输效率产生重要影响。
通过综合考虑这些因素,我们可以建立更为全面和精确的决策模型,为船舶运载能力的优化提供更有力的支持。
综上所述,船舶运载能力最优化的决策模型是一个复杂而重要的问题。
船舶操纵数学模型在港口航道设计中的应用

船舶操纵数学模型在港口航道设计中的应用*张庆河,李炎保(天津大学建筑工程学院港口工程系,天津300072)摘 要:本文介绍了船舶操纵数学模型的组成,并对其在港口、航道设计中应用的典型列子进行了介绍,指出了船舶操纵数学模型的进一步发展方向和它在港口、航道设计中的应用前景。
关键词:船舶操纵;数学模型;港口航道设计中图分类号:U661.33 文献标识码:A 文章编号:1003-3688(2000)01-0049-05Application of Mathematical Model for Ship Maneuveringin Designs of Harbour s and WaterwaysZhang Qinghe,Li Yanbao(Dept.of Port Engineering,Construction Engineer ing F aculty,T ianjin Univer sity,T ianjin300072)Abstr act:The mathematical m odel of ship ma noeuver ing and some typical exa mples of it s application in harbour and channel design are intr oduced in this paper.T he futur e development of mat hematical model of ship manoeuver-ing is pointed out and the applicat ion prospect of manoeuver ing model is indicated.Keywor ds:ship manoeuver ing;m athematical model;design of harbour and channel1 引言港口和航道的优化设计问题一般都涉及到两个工程学科,即港口工程学和船舶工程学。
船舶动力定位的数学模型和滤波方法

X vv v 2 + Fwind x + T x + η Lx ,
( m + m y ) v = Y v v + Y v| ( I z + J z z ) r = N r r + N r|
2 x H3 = x H4 , x H4 = - ω2 x H3 + ηH2 ,ω2 = ηH5 , 2 x H5 = x H6 , x H6 = - ω3 x H5 + ηH3 ,ω3 = ηH6 .
特点是形式简单 、 项数较少 ,除了风与流的环境力 和辅推系统的推力外 , 一般只考虑纵向和横向以 及绕轴的阻尼力项和惯性力项 , 并将忽略的其它 各项作为建模误差归结在噪声项中 . 本文通过对 船的受力分析认为 , 由水动力导数 Y y 、 Y rr 、 Nr、 N vv 等项所决定的水动力项对船的运动影响较 大 , 若将这些项以显式的形式放在受力方程中 , 而 不是简单地归结在噪声项中 , 将在一定程度上改 善对船舶运动的估计 . 为此 , 提出以下低频数学模 型:
第 4 期 王宗义 ,等 : 船舶动力定位的数学模型和滤波方法 ・25 ・
分开处理 ,分别建立相应的数学模型 . 对模型的要 求是 ,既要满足简单性原则 ,又能提供足够的估计 精度 . 本文在这一方面做了一些工作 ,提出了我们 的观点和方法 ,以供参考 .
收稿日期 :2002 - 04 - 05 ; 修订日期 :2002 - 06 - 11. 作者简介 : 王宗义 (1964 - ) ,男 ,副教授 ,博士研究生 ,主要研究方向为舰船导航与控制 .
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第9 卷第 6期
2 1 1 月 1 年 0 2
水利 与建筑 工程 学报
o trR s u c sa d A c i cu a E gn eig f Wae e o r e n r ht t rl n i e r e n
V 1 9 No 6 o . . De e., 2011
U 印 舌
随着 世界 造 船业 结 构 调 整和 产 业转 移 , 国造 我
对现 有船 台滑道 工程 进行 改扩 建 。由于工 程 改造后 占据 一定 的河道 过 水 面 积 , 必 引起 河 道 水 流 条件 势 的改 变 。本研究 采 用二维 数学 模型对 工程 前后 河段
船业凭借其资源 、 成本和产业基础等综合优势, 正处
1 2 改 造方 案 .
度为 18 宽度为 7 横移 区长 1 宽 7 , 9 m, 5m, 6 m, t 4 m 平面高程 16 新建滑道为横 向梳式机械化滑道 , 8 m; 根据工艺设计需要 , 梳式滑道斜坡段轨道布置宽度 为 120 水平投影长度为 197 滑道顶、 4 . m, 8 .5 m, 末端 高程分别为 160m和 1 . 。为减少陆域形成 8. 5 0m 6
g2 ) 2 ]一 . , () 2 垂直 主 流方 向( 河宽 方 向) 流运 动方程 : 水
2 4 模 型计 算边 界处理 .
平 面 二维 水 流模 型 中 , 边界 条 件 通 常包 括 河 道 进 出 口边 界 、 岸边 界及 动边界 处理 等 , 模 型 中对 上 本 述 边界分 别作 以下 处理 : 进 口边界 : 据 已知进 口全断 面流 量 , 根 给定人 流 单宽流量沿断面的横向分布。 出 口边 界 : 定 出 口断 面 的水 位 。 给
方程 为 :
后 的平 面二维水 流模 型控 制
天然河道一般边界曲折、 地形复杂, 对于复杂河
水 流连续 方程 :
.O , Z
段的水流运动数值模拟 , 多采用基于 曲线 网格 的坐 标变换方法。本文根据 JF To s _提 出的椭 圆 . .hmo 3 n J
型微分方程生成 曲线 网格 , 建立 了非正交 曲线 坐 并 标下的平面二维水流数学模型。
l n e t v rr gme a iai o d c n r . f e c o te f e e i ,n vg t n a d f o o t 1 u h i o n l o
Ke wo d y r s:r bu l i e idng;n n- rho o a u vl a o r i a e;2 D t ma ia d l ume ia i l to o o t g n lc r ii r c o d n t ne - mahe tc lmo e ;n rc lsmu a n; i i lu nc nf e e
岸边界 : 岸边界 为非滑移边界 , 给定其 流速为
零。
动 边界 : 本模 型采 用“ 结 ” 进行 动边 界处 理 , 冻 法 即根 据水 位结 点处河 底高程 来 判断该 网格 单元 是 否
露出水面 , 若不露出, 糙率取正常值 , 反之 , 糙率取一 个接 近于 无穷 大 的正数 。同 时为 了不 影 响水 流控 制 方程的求解 , 在露出水面 的结点处需 给定一个薄水
东风 船舶公 司船 台滑道 改造 数 学模 型 研 究
林 江 母德伟 何进 朝 , , , 李 俊2
(. 1重庆交通大学 西南水运工程科学研究所 , 重庆 40 1; 006
2 长江上游水 文水 资源勘测局 ,重庆 40 1 ) . 0 04
摘
要 :由于工程修建后必然对河道水位和流态产 生影 响 , 为评价拟建工程 对河道行 洪 、 通航 等方面影
之平行 , 新滑道下游侧边线基本处于已建护坡边线。 工程平 面位置及 扩建 情况 如 图 1 ~图 3 示 。 所
纳涩 沟
图 1 工 程 平 面 位 置 图
图 2 工 程 扩 建 平面 示 意 图
图 3 工程挖、 填方 区域示意图
2 数学模型
2 1 模 型建 立 .
2 ・ 2
. + + =g( Z ) , 一h j + J 3 +
螽 ( +1 ] ( + [ q + 2 [ )
g ]一 t , () 3 式 中 : h为水 深 ) H、 ;u和 为 和 Y方 向的流 速 ( /) M :u N :v ;Z为水 位 ( ) 7 m s, h, h m ;1为曼宁 糙 ,
‘
Do g e h p ul n r o ai n n fn S i b i g Co p r t g i d o
LN Ja g ,MU Dewe ,HE Jn c a IJn I in — i i.h o ,L u 2
( .ot e e a hI tu a rT n o h i en ,Cogi i t gUi rt ,C og i 00 6 hn 1Su ws Rs r s to t r s rE gn r g hnq gJ o n n e i h t e c n h efW e a p t ei n ao vsy hnq g40 1 ,C/ n a;
瓦 + +—
OHU
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0
河道 主第 9卷
J 一 I Z O』 . + + = , O+x ) , 百+ . 水 qZ+
奏 (l q ] ( + [g l 1 + 峨+ 2 [ q ) 1 2
中图分类号 : V 3 . T 114 文献标识码 : A 文章编号 :17— 14 (0 10—02_ 0 62 14 2 1)6 0 4_5
Nu rc l o e t d o rh a d Ch t b i i g o me i d l u y f r Be t n u e Re u l n f a M S d
r u dteei i et adcue h hwl i unet a r a r ee adf w p tn na epo c i— e i x t gbr h t,w i i n ec h nt a w t vl o a e ept r et n bl h sn hn c l f l e ul el l n t h j eiby F r a z gt une f u h r et dot in eds no , - o -r ooa crina - v al. o a l i ei e c c o c a pi z g h ei ft a D nnot gnl uvier O t yn h n n l f os p j n mi t g i 2 h l C
的修造船 厂, 是西部地 区最 大的船舶制造 、 舶修 船
理、 钢结构制造以及机械加工的企业 。受现有场地 设施限制 , 目前公司的生产发展已被严重制约, 故需
收 稿 日期 :0 10.6 2 1.91 修 稿 日期 :0 11.0 2 1.11 作者简介 : 江(9 3 , 汉族 ) 四川南充人 , 林 18 一) 女( , 助理研究员 , 主要从事水力学及河流动力学研究 。
l 工程概况
1 1 工程现 状 .
扩大改造 , 以适应 国际市场不断发展的需求_ 。 1 J 重庆东风船舶工业公 司是一个具有 8 年厂龄 0
重庆东风船舶工业公司位于长江唐家沱河段上 游约 10k . m处 , 距重庆市朝天门约 1 m 距宜 昌航 3 , k 道里程 66 8 m。公 司现有船 台沿岸布置, 4.k 但岸线 不整, 后方配套厂房及场地分布零乱 , 现有船台及其
Ab ta t I r e h n e t e s u t n o mi d p o u t n h n q n o ge g S ib i ig C r o ain p a s t sr c . n od rt c a g i ai f i t rd ci ,C o g i g D n f hp u l n op rt ln o o h t o l e o n d o
工程 量 , 计滑 道布 置于 现有简 易滑道 位置 , 设 轴线 与
根 据 市 场需 求 、 司 的发 展要 求 以及 公 司的产 公
品定位 , 本工程将达到年产 1 0 级船舶 1 艘 、 2 0 0 t 4 载 重 1.× ot 68 l 的能力。主体建设包括 1 4 座万吨级横 向机械化滑道 ( 满足 15 0 t . ×14 级船下水要求)船 , 台, 以及场区配套设施。其中, 根据设计船型的船长
n bi s n unet t a ree advl i t e eu dn , dte r et i o bi i d at eu — oov u ec ew t vl e c y f r b i ig a o c wlnt r gds vn gos n o i l f oh el n o tae t r l h n hpj l n a a i
2 H do g ‘ dW t e uc uv u a pr o s o Y  ̄z Rv ,Cog i 0 04 h a) . yrl ya a r s r s ryB r uo U e Cu ef u e ir hnq g4 0 1 ,C i o n eR o eS e e f p r r e n n
响大小 , 优化工程结构设计 , 采用非正交 曲线坐标下 的平 面二维 水流数学 模型 , 对船 台滑道改造前 后河 段水流情况进行 了数值模拟 。计算结果表 明, 工程修 建后 对附近河段水位 和流速影 响均很小 , 会对河 不 道河势 、 通航 、 洪等方面带来 不利影 响。 行 关键词 : 改建 ; 非正交曲线 坐标 ; 平面二维数学模型 ; 数值模拟 ; 响 影