船舶用复合材料的性能研究

摘要: 纤维增强聚合物基复合材料以其质量轻、耐腐性好、材料和铺层具有可设计性等优点,被越来越多地应用于船舶制造中。本文通过对纤维和树脂性能的研究,揭示了原材料性能对船舶用复合材料性能的影响,同时对不同树脂基体复合材料性能进行了比较。

我国海洋科考船推进系统及推进器发展现状

摘要:基于海洋资源调查、科考作业、资源勘探等国家的战略需求,海洋科考船对于实现我国海洋战略十分重要。文章通过搜集、整理、分析近些年我国主要海洋科考船数据,根据现有海洋科考船类别进行分类,并对其推进系统及推进器在海洋科考船上的应用现状和特点进行分析和总结,研究结果可以为我国未来海洋科考船推进方案的选择提供参考。

船舶碳捕集、利用与封存技术综述

摘要:追踪了国内外围绕船舶碳捕集、利用与封存(CCUS)技术开展的研究,梳理了重点内容和主要研究成果;从CCUS不同技术路径的优缺点出发,分析了目前CCUS技术在船舶上的应用可行性;针对发展迅猛的液化天然气船舶,提出了开展CCUS的技术路线;总结了目前船舶CCUS技术存在的问题,针对性地提出了建议,并探讨了船舶CCUS关键技术的发展方向。研究结果表明:船舶CCUS技术可以在短期内显著减排,且适用于营运和新造在内的绝大多数含碳燃料船舶;国外正在积极部署船舶CCUS技术实船验证研究,但国内的研究多处于概念设计与仿真研究阶段;由于改造简单,技术成熟度高且成本低,燃烧后捕集法中的化学吸收法目前最适用于船舶碳捕集,但要解决能耗高和系统尺寸大等问题,需加快探索性能更优良的先进化学溶剂及更具革命性的捕集方法;液态存储是目前最成熟的存储方式,但还需要提升其安全性与经济性;亟需加快构建以大型CO2运输船为主的储运方式,推进港口与海洋平台CO2转驳、接收的基础设施建设;CO2在海洋油气田驱油驱气、淡化海水及能源催化重整等领域应用前景广阔,但船舶CO2利用技术亟待规模化、产业化和相关产业技术协同发展;将液态CO2或干冰进行海洋封存是未来的发展趋势,但亟需完善相关标准和法律法规,推动封存配套装备和技术开发;需要探索出一整套标准化、系统化的碳排放管理模式,推动CCUS技术配套发展,构建完整、绿色、经济、高效的船舶CCUS产业链。

高冰级螺旋桨疲劳强度研究

摘要:以某 PC2 冰级螺旋桨为研究对象,将 IACS 规范中2 组交变冰载荷工况的静强度有限元计算数据为输入,分析螺旋桨在应力频率谱和累积疲劳损伤率(MDR)这2 种疲劳准则下的疲劳性能,提出了一种合理和可行的冰区螺旋桨疲劳强度计算方法,并分析了螺旋桨侧斜、纵斜、剖面型式及平均应力修正理论对冰载荷作用下螺旋桨疲劳性能的影响。研究表明:对于非大侧斜桨,正侧斜角和正纵斜角均对疲劳性能有利;导缘和随缘加厚的冰区翼型能显著改善疲劳性能,有利于在保证疲劳强度的情况下实现冰区螺旋桨的轻量化;相对于传统的修正理论,IACS 推荐的平均应力修正理论偏于保守。论文提出的冰区螺旋桨疲劳强度计算方法得到了“雪龙2”号实船走航监测数据的验证。

冷喷涂技术研究进展及其在舰船领域的应用

摘要:冷喷涂作为一种低温固态成型技术,具有基材热影响小、粉末材料不易氧化、沉积效率高等特点,可用于金属防护涂层制备、零部件修复和增材制造。首先从冷喷涂系统、喷涂材料、喷涂工艺3个方面介绍了冷喷涂技术的特点; 其次总结了近年来冷喷涂技术在粉末材料设计、涂层结合机理、组织结构与性能调控方面的研究进展;然后,详述了冷喷涂技术在国外海军舰船领域的应用情况; 最后,简述了冷喷涂技术在我国海军舰船领域的研究及应用情况,并对其未来发展方向进行了展望,以期提高我国海军舰船装备腐蚀防护及维修保障能力。

船用巴沙木芯钢—复合材料接头性能优化设计

摘要: 为提高船用巴沙木芯钢—复合材料接头承载能力,采用有限元模拟对其进行性能优化。首先利用Abaqus 软件中的VUMAT 子程序构建了巴沙木材料失效准则,随后建立胶接巴沙木夹芯钢—复合材料连接接头的模型,经由计算结果同实验结果的对比来证实仿真的精准性。同时分析原始结构失效原因,并对其进行钢板末端改为完全延伸的形式和增加木芯转角的初步形状优化,接着通过SIGHT 软件集成实验设计(DOE)模块中的最优拉丁超立方算法进行设计采样,根据采样点构建响应面模型,最终将结构质量、极限承载力和刚度作为优化目标函数,基于NCGA 遗传算法对巴沙木芯钢−复合材料接头开展了多目标优化。优化后的结构比初始方案的质量下降17.4%,极限承载力提高13.1%。

超临界二氧化碳发电系统在未来舰船动力领域的应用前景与关键技术分析

摘要:超临界二氧化碳(S-CO2)发电系统以S-CO2 作为工质,基于真实气体的闭式布雷顿循环,通过直接或间接方式将热源释热转换为电能,具有功率密度高、循环效率高等优势,可以较好地满足未来舰船动力发展的需求。通过介绍S-CO2 发电系统的技术特点及其近60 年的发展历程,提出面向舰船总体设计和动力系统应用的 7 种关键技术,涵盖总体设计、协调匹配、运行控制、电磁兼容、减振降噪、工质控制、安全可靠等方面,并基于系统工程方法论,梳理并提出舰船S-CO2 发电系统设计的总体思路。

全球液氢运输船专利技术分析及发展建议

摘要:在碳中和的大环境下,氢能源拥有巨大市场潜力,能否实现液化天然气一样的海上运输规模,成为制约其广泛应用的关键因素,液氢运输船的研制显得尤为迫切。通过检索全球液氢运输船领域的专利文献,采用定量与定性相结合的方法分析专利发展路径,全面展现液氢运输船领域的技术创新态势;聚焦船舶总体设计、液氢储罐设计、液货处理系统研发、液氢动力系统研究等关键技术,从专利布局的角度研究技术发展路径,在技术创新、专利布局、专利风险3 个方面提出发展建议,应重点围绕液氢运输船布置、液氢储罐设计、液氢蒸发气体处理等问题开展技术创新。同时,加快在液氢运输船的船型结构、储罐型式(多种类型)、机舱布置方案及再液化系统(含制冷剂的选择)等关键技术方向的专利布局,并在技术方案成熟应用之前,完成所有具有潜在应用可能性的技术方案的专利保护。

基于声学超材料的水润滑尾轴承系统承载与振动性能仿真

摘要:为提高水润滑尾轴承的减振降噪性能,提出基于声学超材料的新型水润滑尾轴承设计方案,研究声学超材料单胞带隙产生机理和结构承载性能。利用响应面与有限元方法对设计方案的单胞与超材料减振层进行结构优化,并对优化后的新型水润滑尾轴承系统进行承载和减振性能仿真研究。研究表明,与将内衬替换成超材料和在内衬和外衬之间设置超材料方案相比,在外衬与轴承壳之间设置超材料的方案具有更好的承载和减振性能。优化设计轴承方案满足承载能力需求,且在292.31 Hz~601.58 Hz 处具有良好的减振效果。相比于传统轴承,超材料轴承具有更好的减振特性,振动最大衰减为98.48%。研究为低振动噪声水润滑轴承设计提供了新思路。

数据驱动的船厂基础设施数字运维平台建设与应用

摘要:[目的]为提升船舶企业基础设施数字化运维服务的能力,[方法]依托中船第九设计研究院工程有限公司几百家船厂核心设计监测数据资产和建筑信息模型(BIM)基础,采用工业互联网、人工智能(AI)等新一代信息技术与工业机理结合的研究方法,将船厂基础设施数据、设备物理机理、绿色环保评估转化为数学算法模型,建设以工业数据采集与边缘计算、工业数据中台、平台创新应用为技术架构的船舶工业基础设施数字资产运维平台,形成以“领域知识+工业数据+模型算法”为核心的船厂基础设施运维服务新模式。在此基础上,结合上海某船舶企业平台应用案例,针对平台已建的气体泄漏计算与分析工业应用(App)进行试验数据分析,[结果]结果显示,实测数据与平台模型算法分析结果基本吻合(R2>0.9),平台得到了有效验证。[结论]研究结果表明,船厂基础设施运维平台在实际工程运维场景中具备应用价值,对船厂绿色节能发展起到积极促进作用。