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首页2008年船舶压载水系统FEM仿真与监控界面设计详解
本文主要探讨了船舶压载水系统的有限元仿真及其监控界面设计的关键技术。通过应用有限元方法(FEM),论文作者深入解析了如何结合流体力学的基本原理,对船舶压载水系统的调节过程进行精确模拟。在研究过程中,作者将整个压载水管路划分为有限管元和节点,构建出一个基于矩阵方程的管网模型,这有助于理解和预测水流在不同节点间的流动行为。 在稳性调节模块部分,论文构建了船舶稳性计算与调节模型,采用小倾角公式这一经典船舶稳性分析工具,确保了船舶在压载水操作下的安全性和稳定性。作者以一艘4万吨级油轮为例,选择MINIS通用仿真支撑系统和INTOUCH组态软件作为软件开发平台,这两者在工程仿真领域有着广泛应用,可以高效地创建复杂的交互式界面。 通过这些工具,作者开发了一套压载水系统仿真与监控软件,该软件不仅能模拟压载水系统的动态工作流程,还能够实时监控系统状态,支持压载水配载控制,从而满足船舶在航行中的稳定性和操纵性需求。论文的核心成果体现在如何将理论知识与实际工程实践相结合,实现对船舶压载水系统运行状态的精确控制与有效管理。 关键词包括“压载水系统”、“有限元法”、“仿真”和“监控界面”,这些关键词揭示了论文的核心关注点,即在船舶工程领域中的技术应用与创新。整篇文章对于理解船舶压载水系统的设计、优化和监控具有重要的学术价值和实践指导意义,对于提升船舶性能和安全性具有显著贡献。
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第 29 卷第 8 期
哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报
Vol .29 № .8
2008 年 8 月
Journal of Harbin Engineering University
Aug .2008
船 舶 压 载 水 系 统 的 有 限 元 仿 真 与 监 控 界 面 设 计
肖 民 ,乔红宇 ,姚寿广
(江苏科技大学 机械与动力工程学院 ,江苏 镇江 212003)
摘 要 :为了研究船舶压载水系统的工作原理以及对船舶稳性的影响 ,利用有限元方法 ,基于流体力学的基本原理
对船舶压载水系统调节过程进行了仿真研究 .在管路模块中 ,将整个管路划分为有限管元和节点 ,并根据流体力学
基本原理建立整个管网的矩阵方程 ;在稳性调节模块中 ,利用小倾角公式 ,建立起船舶的稳性计算与调节模型 .在此
基础上 ,以某 4 万吨油轮为母型船 ,采用 M INIS 通用仿真支撑系统和 INTOUCH 组态软件作为软件开发平台 ,开发
了压载水系统仿真与监控软件 .仿真结果表明 ,系统能够模拟压载水系统的动态工作过程 ,并通过压载水配载控制
实现船舶的稳性调节要求 .
关键词 :压载水系统 ;有限元法 ;仿真 ;监控界面
中图分类号 :TK223 .5 文献标识码 :A 文章编号 :1006‐7043(2008)08‐0862‐05
FEM simulation of ballast water system in ships and a design
of monitoring and control interface
XIAO Min ,QIAO Hong‐
y
u ,YAO Shou‐
g
uang
(School of M echanical and Power Engineering ,Jiangsu U niversity of Science and Technology ,Zhenjiang 212003 ,China)
Abstract :T he paper is mainly devoted to the study of w orking principle of ballast w ater system in ships and
its influence on stability of ships .The finite element method w as used to simulate the adjusting process of
ballast water system in accordance w ith the basic principle of fluid mechanics .In the module of pipeline ,
the w hole pipeline w as divided into pipe elements and nodes .Follow ing basic hydromechanics theory ,the
matrix equation for the entire pipeline netw ork w as established to calculate the pressure at each node and
the flux for each pipe element .In the module of stability adjustment ,small obliquity formula w as em‐
p
loyed to build up the model for stability evaluation and adjustment .On this basis ,ballast w ater system
simulation and control softw are for a 40000t oil tank w as developed using M INIS and IN T OUC H develop‐
ment softw ares .T he results indicated that the system can simulate the dynamic operating processes of a
ballast w ater system and the control logic meets the requirements for effective marine stability adjust‐
ments .
Keywords :ballast w ater system ;finite element method ;simulation ;monitoring interface
收稿日期 :2007‐09‐10 .
作者简介 :肖 民(1969‐) ,女 ,副教授 ,博士 ,E‐mail :xiaomin_
j
ust @
126 .com .
船舶压载水系统的主要任务是将压载水注入压
载水舱或自压载水舱排出压载水 ,从而达到船舶在
航行 、进出港 、装卸和停泊等不同状态下 ,保持恰当
的排水量 、吃水 、船体纵向和横向平衡 ,维持适当的
稳心高度 ,是调整船舶浮态的重要辅助系统
[1]
.利用
计算机对船舶压载水系统进行仿真 ,是从事轮机系
统研究开发和运行管理人员了解和熟悉系统的工作
原理与工作过程 ,并进行运行和操作管理的有效手
段
[2‐3]
,但是目前国内外还没有一套完整的理论支持
船舶压载水系统的研究 ,该文以某 4 万吨油轮为对
象 ,建立了船舶压载水管路系统和船舶稳性计算的
数学模型 ,实现了压载水系统动态调节过程和由此
而产生的船舶稳性变化的仿真研究 .
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