动态水域仿真技术的研究和实现

集群系统在水下爆炸仿真中的应用摘要:为提高水下爆炸仿真计算效率,对集群系统进行水下爆炸仿真进行了研究,构建了适用于水下爆炸仿真的高性能计算平台,并基于ABAQUS非线性有限元分析软件进行并行计算,结果表明集群系统大幅提高了计算效率,为开展水下爆炸大规模仿真研究提供参考。

关键词:集群水下爆炸并行计算实船水下爆炸试验实施难度大,耗费多,同时对环境造成不利影响,无法大规模组织开展。

因此,美国等发达国家十分重视水下爆炸仿真技术研究,开发了水下爆炸冲击分析(USA)模块与商业软件相结合的分析技术。

国内则主要利用商业软件进行实船水下爆炸数值仿真研究,但整船建模和计算对系统要求大,尤其是大量水域网格的创建经常会耗费惊人的计算资源。

集群系统为此方面的应用提供了良好的平台。

1 水下爆炸仿真技术水下爆炸仿真通常需要进行预应力分析、模态分析、稳态动力学等隐式有限元分析(IFEA)和瞬态动力学显式有限元分析(EFEA),对CPU和内存的要求都很高。

ABAQUS非线性有限元分析软件利用声固耦合法进行水下爆炸仿真。

建模过程中规模庞大的流体水域用声学单元来描述,由于爆炸冲击波反射引起的散射波分量对舰船冲击响应分析十分重要,在仿真中使用TIE约束将结构湿表面与流体干表面耦合在一起。

计算可采用总波公共法和散射波公式法。

当考虑水介质的空化效应使声学介质表现为非线性时必须使用总波公式。

2 集群系统集群系统是指将多个服务器集中执行同一服务,以单个服务器的形式运行,各服务器之间通过高速互连网络进行通信,系统管理人员利用KVM交换机直接连接键盘、视频和鼠标端口对系统进行访问和控制。

系统按照功能可分为高性能计算集群系统、高可用性集群系统、负载均衡集群系统。

2.1 总体架构水下爆炸高性能计算集群系统硬件通常由机柜、管理节点服务器、计算节点服务器、图形工作站、互连网络、存储系统、集群附属设备等组成。

软件通常由操作系统软件、集群中间件(如并行通信库、数学库、编译调试环境、管理系统等)、用户应用软件(如ABAQUS)等组成。

双向航道船舶交通流元胞自动机模型及仿真全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：一、双向航道船舶交通流双向航道船舶交通流是指在特定水域内，存在来往的双向船舶流动。

这种情况下，船舶之间的冲突和碰撞可能性较大，交通管理也较为复杂。

研究双向航道船舶交通流的行为规律对提高船舶交通的安全性和效率具有重要意义。

二、元胞自动机模型元胞自动机是由斯蒂芬·沃尔夫勒姆在20世纪80年代提出的一种离散动力学模型，适用于模拟细胞、动植物种群、城市交通等多种复杂系统的行为规律。

其核心理念是将空间离散化为若干个细胞，然后通过规则来描述细胞之间的相互作用，从而模拟整体系统的行为。

三、双向航道船舶交通流元胞自动机模型1. 状态定义在双向航道船舶交通流的元胞自动机模型中，每个细胞可以处于航道内或航道外的状态。

航道内的细胞可以分为左右两个方向，分别表示船舶在航道内的行驶方向。

2. 规则定义- 交通规则：船舶在航道内遵循规定的航行规则，例如避让规则、优先通行规则等。

- 船舶行为规则：船舶在元胞中的移动遵循一定的行为规则，例如航速、转向等。

- 碰撞规则：在两船相遇时，根据不同的碰撞规则进行处理，以避免碰撞事件的发生。

4. 仿真实验通过对双向航道船舶交通流元胞自动机模型的仿真实验，可以观察航道内船舶的运动规律、交通拥堵情况、碰撞概率等。

根据仿真结果可以调整航道交通管理策略，提高船舶交通的安全性和效率。

结论双向航道船舶交通流元胞自动机模型及仿真研究为船舶交通管理提供了一种新的思路。

通过对航道交通流的行为规律进行建模和仿真，可以为船舶交通管理提供科学依据，提高船舶交通的安全性和效率。

未来，可以进一步完善模型，对不同类型航道、不同规模的船舶交通进行研究，以期实现更加智能化的航道交通管理。

第二篇示例：引言航道交通管理一直是船只导航领域的重要课题之一，尤其是双向航道船舶交通流管理。

为了让船舶能够安全、高效地在航道上航行，研究人员一直在探索各种交通管理方法。

内河船舶航行环境视景三维仿真田延飞;黄立文;陈姚节;谭天力【摘要】Based on the development directions and requirements of navigation simulation,3D visual simulation of inland waterway navigation environment was taken as the research object,in order to expand the practice area and improve the simulation accuracy at the sametime.Elements composing the scenery of inland waterway navigation environment were deeply analyzed and divided into twocategories:topographic and geomorphic features,surface and offshore targets.The mainstream software in scene simulation field such as 3D MAX and Multigen Creator were adopted for 3D modeling of the composing elements.Under the environment of VC++,the open source software OpenSceneGrap (OSG) was chosen as the driving platform to realize data fusion of 3D model of inland waterway navigation environment and strengthen simulation authenticity with meticulous rendering.Simulation shows that the constructed 3D models of inland waterway navigation environment are of higher precision,and its driving scenario is of verisimilitude,which can meet the navigation simulation requirements and can be recommended for development of large ship handling simulator.%基于航海仿真的发展方向和发展需求,为增加练习海域并同时提高仿真精度,以内河船舶航行环境三维建模仿真为研究对象,分析了内河船舶航行环境视景的组成要素,将其主要划分为地形地貌、水面及近岸陆域物标两大模块,并以视景仿真领域3D MAX、Multigen Creator等主流软件对其进行三维建模.在VC++环境下,以开源软件OpenSceneGraph (OSG)为驱动平台,对内河船舶航行环境视景模块三维模型进行了数据融合,同时以细致的渲染来加强模拟的真实感.仿真显示:所构建的内河船舶航行环境三维模型具有较高的精度,场景驱动具有逼真的效果,能够满足航海仿真的要求并应用于大型船舶操纵模拟器建设.【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】6页(P115-120)【关键词】航海工程;内河航行;视景仿真;OpenSceneGraph (OSG)【作者】田延飞;黄立文;陈姚节;谭天力【作者单位】武汉理工大学航运学院,湖北武汉430063;内河航运技术湖北省重点实验室,湖北武汉430063;武汉理工大学航运学院,湖北武汉430063;内河航运技术湖北省重点实验室,湖北武汉430063;武汉理工大学航运学院,湖北武汉430063;内河航运技术湖北省重点实验室,湖北武汉430063;武汉理工大学航运学院,湖北武汉430063;内河航运技术湖北省重点实验室,湖北武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U675.790 引言随着计算机硬件和计算机图形学的发展,科学计算可视化已成为一门独立的新型学科。

浅谈智慧水利平台的应用建设摘要：本文以智慧水利平台为研究对象，围绕水资源综合管理[1]和流域防洪调度[2]，建设工程仿真系统、科学决策系统等多个业务应用的“2+N”体系。

打造智慧水利平台[3]，集成综合全面业务应用管理系统体系，打破不同部门之间信息的壁垒，实现水利信息的共享与交流，实现安全、实用和先进的智慧水利建设要求，对水利信息化建设具有重要意义。

关键词：智慧水利平台；水利信息化；水资源综合管理；流域防洪调度1、研究背景智慧水利技术[4]在当今社会中扮演着越来越重要的角色，在过去的几十年里，水利行业取得了长足的发展和进步。

然而，随着全球气候变化和自然环境的变化，水资源的不稳定性和不确定性增加，水旱灾害频繁发生，人们对水资源的需求不断增加，而水资源的供给能力却受到诸多因素的制约，水资源供需矛盾愈加紧迫。

我国水利工程建设得到了快速发展，水利工程的建设和运行对水资源管理和防洪调度提出了新的挑战和要求。

传统的水利管理模式主要依靠经验和人工判断，存在着信息不对称、管理效率低下等问题，无法满足日益复杂的水资源管理和防洪调度管理需求。

智慧水利平台的出现为解决这些问题提供了新的思路和方法，它能通过数据的采集、传输和处理等手段，实现了对水资源的实时监测、精准分析和智能决策；也可以在特定流域内，根据洪水发生的可能性、程度和影响范围等因素，制定相应的防洪措施和应急预案，以减轻洪灾对人类社会的影响。

2、研究内容水资源综合管理建设意义在于通过科学管理水资源，能够实现水资源的可持续利用，并且通过对水资源的全面规划和调度，可以有效地减少水灾害的发生，而流域防洪调度在于通过科学规划和调度，能够有效地减少洪涝灾害的发生，保护人民生命财产安全，维护社会稳定。

同时，合理的防洪调度也可以促进水资源的高效利用，满足社会经济发展的需求。

结合智慧水利“2+N”业务应用提供标准系统组合设置，智慧水利平台以水资源综合管理和流域防洪调度为主，建设工程仿真系统、科学决策系统等多个应用系统，站在更高一个层级对应用系统进行跨业务和跨区域整合，提高应用系统整合度，实现安全、实用和先进的智慧水利建设要求，形成智慧水利整体解决方案。

蒙特卡洛电场仿真方法1. 引言嘿，大家好！今天我们来聊聊一个听上去复杂，但其实很有趣的话题——蒙特卡洛电场仿真方法。

听名字就让人感觉高大上，其实它的背后藏着不少简单易懂的道理，真是让人“心旷神怡”。

大家都知道，电场在我们的生活中可谓无处不在，从手机到电动车，再到家里的微波炉，电场在这些设备中发挥着重要作用。

可是，研究电场的时候，我们往往会遇到一些麻烦，比如说它们的行为复杂、变化无常，感觉就像是“猫捉老鼠”，总是难以捉摸。

不过，别担心，蒙特卡洛方法就像那位在复杂局势中游刃有余的“老手”，能够帮助我们搞清楚这些电场的奥秘。

2. 蒙特卡洛方法简介2.1 什么是蒙特卡洛方法？首先，我们得明白什么是蒙特卡洛方法。

简单来说，这是一种基于随机采样的计算技术，听上去是不是有点像买彩票？没错，蒙特卡洛方法的基本原理就是通过随机取样来估算某些复杂系统的特性。

就像我们在海里钓鱼，甩出钓线后，钓到什么全凭运气，但经过多次的尝试，我们就能大致知道这个水域里有没有鱼，鱼多不多。

蒙特卡洛方法也有点这个意思，只不过它的“钓线”是计算机模拟，而“水域”是电场的复杂行为。

2.2 为什么用蒙特卡洛？那为什么我们要用蒙特卡洛方法来研究电场呢？哈哈，答案就像我们生活中的“秘笈”，这方法能处理复杂性和不确定性，能够为我们提供直观且可靠的结果。

试想一下，电场的行为像极了一场“猫和老鼠”的游戏，单靠传统的数学方法，很难准确捕捉到它的动态变化。

而蒙特卡洛方法则像一位耐心的捕手，通过不断的尝试和随机采样，把“老鼠”的踪迹一点点揭开，最终找到规律。

3. 蒙特卡洛电场仿真的过程3.1 设定模型接下来，我们要讲讲蒙特卡洛电场仿真的具体步骤。

首先，我们需要设定一个模型。

这个模型就像是我们搭建的“舞台”，需要根据实际情况来调整，比如电荷的位置、大小、相互作用等等。

想象一下，我们在设计一场精彩的舞台剧，得把角色、背景、灯光全都考虑到位，这样才能让观众过目不忘。

船舶直流系统短路计算与仿真摘要随着纯电动船舶的大规模推广使用，船舶直流系统的选择性保护也越来越重要。

为实现船舶直流系统短路计算与仿真，本文以Matlab 软件为平台建立的船舶直流系统仿真平台，通过分析计算各个电流源提供的短路电流，实现了船舶直流电力系统任意点短路的仿真计算，并通过实例验证了计算方法实际可行性。

关键词：直流系统；短路计算；短路仿真。

在全球“节能减排、绿色智能”的大背景下，随着集成了绿色化、智能化技术的纯电动船舶在内河航运、封闭水域的示范应用及推广，对于基于船舶直流系统的计算分析的选择性保护也越来越重要。

本文主要从选择性保护角度分析了不同短路类型的保护机理与选择性实现原理，对关键保护元件的选择，对与保护计算相关的设备分别进行了建模；然后建立系统短路故障分析模型对各类型短路进行了仿真分析与保护策略验证，对直流主配电板和日用配电板的保护进行了选择性分析；最后通过实例对某全电动船电力推进系统短路电流进行了计算，验证了该计算方法实际可行性。

1、选择性保护原则按照规范的要求电气装置中应设有合适的保护电器，以能在发生包括短路在内的过电流和其他电气故障时对其进行保护。

各保护电器的性能及其布置应能提供完善协调的自动保护，以保证在某处发生故障的情况下，通过保护电器的选择性作用确保无故障重要设备电路的供电连续性，消除故障的影响，从而减少对系统的损害和发生火灾的危险。

在直流网的直流母线系统中，当某设备发生短路故障时，会在直流母线、变频器或者交流输出端出现明显的过电流，选择性保护应避免出现以下状况：（1）船舶全船失电；（2）船舶丧失了操控性，即丧失推进的能力；（3）上述原因导致的其它严重后果，例如船舶碰撞或者船舶失火等。

选择性保护原则归纳如下：（1）发生任何短路故障时，保证电池系统安全；（2）直流侧出现单点故障或母排短路故障时，母联断路器首先动作，保证非故障半舷正常供电；（3）当出现单点故障时，故障支路熔断器迅速熔断，尽快切断故障电路，非故障支路正常供电不受影响；（4）发生任何短路故障后，功率器件不受损伤；（5）发生任何短路故障，母线上的最大短路电流不超过直流母排动稳定性要求；（6）发生任何短路故障，不会引起明火；（7）直流母排发生短路时，日用电交流回路不会承受任何短路电流；当日用配电板发生短路时，直流母排不会产生任何短路电流。

应用船舶模拟技术进行通航安全论证newmaker船舶操纵摸拟器的特点和功能船舶操纵模拟器在国内外许多港航工程的仿真模拟方面得到广泛应用。

借助模拟器，运用仿真技术，建立新建港口航道工程、水工建筑物和运动船舶的仿真模型，按照实际航行操作惯例进行模拟操作，可以得出船舶航行及靠离泊等方面动态和静态数据，从而检验设计方案的科学性和可操作性，发现其中存在的问题，找到相应的科学合理的解决办法。

港航工程仿真研究在国外起步较早。

1975年美国航运管理局投资建设了“计算机辅助操作研究中心”，建造了首台大型全功能视景船舶操纵模拟器。

该模拟器应用重点是港航设计论证与航行安全操作研究。

借助于该模拟器，该中心对某水域油轮在恶劣条件下的通航安全做了论证研究，证明在维持一定航速情况下所有油轮可以安全通过；还承担了巴拿马运河最窄段拓宽工程论证研究和其他港航项目的大量仿真研究工作。

国内从事航运仿真研究起步较晚，但在近20年来发展很快，一批水运科研单位和大专院校开发研制了拥有自主知识产权具有六自由度的大型船舶操纵模拟器。

武汉理工大学拥有全任务大型船舶操纵摸拟器NT-PRO 4000型。

该模拟器具有国内一流水准，有7个可视化视景通道，具有动态、声像功能的270度三维视景空间，具有身临其境般的船舶操纵三维视觉环境。

该模拟器利用专门软件开发平台，可仿真不同种类船舶、不同水域航道和港口、码头及各种水工建筑物，可完全仿真出拟建港航工程水域的所有通航外部环境，具有雷达、电子海图、助航仪器、通信系统等组成的驾驶台综合船桥系统，提供各种风、流、天气、海况、能见度等自然条件下实时综合操作船舶的模拟实况，并能自动记录各有关数据。

可用于雷达、ARPA的模拟训练、ECDIS操作训练、GMDSS训练、港口和航道的开发应用及事故调查分析、港口通航能力的安全性评估，满足STCW78／95公约规定的目标和训练任务的需要。

可用于学生培训、不同经验的船员、船长和高级引航员的团队或单人训练，能用于应用开发、教学与验证方面的研究工作。