变截面消声管道耦合Helmholtz腔结构的声学性能

基于局域共振理论与管道消声理论,设计了一种变截面消声管道耦合Helmholtz谐振腔的声学超材料结构,并运用COMSOL软件进行仿真研究.在此基础上,探讨了变截面声学超材料结构的几何参数对吸声系数峰值的影响,运用声学试验测试了该声学超材料结构的声学性能.结果表明:该变截面声学超材料结构在低频范围(200~600 Hz)内可实现良好的吸声效果;通过改变管道小孔的截面半径,可以实现声学超材料结构固有频率的定向调节;与普通Helmholtz腔相比,该声学超材料结构的吸声系数峰可在一定低频范围内移动,提高了结构在低频范围内的吸声效果,拓宽了吸声系数峰值对应频率的范围;声学超材料结构的几何参数得到了优化,具有良好的吸声效果.

基于结构响应的舱室内爆TNT等效方法

[目的]旨在揭示爆轰产物后燃烧效应对封闭空间中爆炸载荷的影响规律。[方法]通过往封闭舱室中充入氮气来抑制爆轰产物燃烧,开展在空气和氮气两种不同气体环境下封闭舱室内TNT爆炸响应试验,记录温度、压力变化历程和靶板中心点残余挠度,建立基于无量纲载荷参数的靶板变形与炸药释放能量之间的关系,并提出考虑后燃烧效应的封闭空间TNT等效方法。[结果]结果发现,由于爆轰产物燃烧能量释放量不同,在氮气环境中,封闭空间内爆炸压力、温度和靶板动态响应明显低于空气环境。内爆载荷分析需计入TNT爆炸产物燃烧释放的能量及其增强效应。[结论]与现有基于准静态压力的TNT当量计算方法进行的比较表明,所提基于结构响应的舱室内爆TNT等效方法具有合理性和良好的适用性。

基于有限相似方法的轴压加筋板极限强度相似缩比准则研究

在对船体结构进行相似缩比试验设计时,通常采用方向性量纲分析法。然而,传统的基于弹性理论的量纲分析法不能反映结构材料非线性过程,因而限制了其在船体结构缩比模型极限强度试验中的应用。本文基于有限相似方法,通过匹配物理空间与试验空间中的输运方程,获得结构几何尺寸、材料密度和时间的比例因子,推导得到加筋板结构缩比模型与原模型的非线性过程相似关系,分析材料参数对非线性相似过程的影响。通过开展不同缩比比例、不同材料参数的加筋板轴压极限强度数值计算,验证基于有限相似方法缩比准则的有效性。分析表明,基于有限相似方法的轴压加筋板极限强度缩比准则可以很好地体现材料的非线性特性,可以通过缩比模型结果对原模型的极限强度取得良好的预报效果。

桥墩倾斜方向对自浮式防撞装置防护效果影响研究

随着航道上大跨度桥梁的建设愈加广泛,其桥墩在水面附近往往具有一定的倾斜角度。为研究桥墩倾斜方向对自浮式防撞装置防护效果的影响,文章基于装备自浮式防撞装置的2种倾斜方向的桥墩与6000DWT级散货船为研究对象进行非线性有限元仿真碰撞计算,分析桥墩倾斜方向对不同航速船舶撞击下桥墩撞击力、系统能量转换、船艏结构破坏的影响。结果表明:外倾式桥墩受到撞击力更小,其防撞装置通过变形吸收能量更多、防护效果更好。研究成果可为大跨度桥墩设计与防撞装置的开发提供重要的参考价值。

恶劣海况下船舶砰击颤振响应特性数值计算与试验研究

[目的]针对恶劣海况下船舶所受砰击颤振响应现象,探究船舶非线性波浪载荷与瞬态高幅值砰击载荷的耦合作用。[方法]采用计算流体动力学与有限元方法(CFD-FEM)相结合的双向流固耦合方法对S175集装箱船进行数值仿真计算,并与试验结果及切片理论计算结果进行对比验证;采用分段变截面弹性龙骨梁模型开展船舶的砰击颤振特性模型试验,基于CFD-FEM双向流固耦合方法开展船艏砰击载荷及高频非线性砰击颤振响应特性分析,并与模型试验结果进行对比验证。[结果]结果显示,波浪砰击载荷对船艏颤振响应的影响不可忽视,6级海况下由砰击颤振诱发的二阶高频成分分量占低频波浪弯矩的59.86%。[结论]采用基于CFD-FEM的双向流固耦合方法可准确计算船首砰击颤振响应;在高海况下船舶所受非线性波浪载荷及结构动态响应易受船首瞬态砰击载荷的影响,在船舶结构设计与安全评估中需考虑高频砰击颤振的情况。

响应面法优化魔芋葡甘聚糖的纯化工艺

魔芋粉中脂肪、蛋白质等限制魔芋葡甘聚糖的应用,因此对魔芋粉进行纯化处理得到纯度更高的魔芋葡甘聚糖应用于食品、药品等产业。本研究采用乙醇作为溶剂,对利用超声波辅助纯化魔芋粉的工艺进行优化。经过单因素实验分析料液比、乙醇浓度、超声时间、超声功率、超声温度5个相关因素的显著性,选择料液比、乙醇浓度和超声时间为较显著的因子进行分析。而后通过响应面拟合模型对各相关因素进行优化,最终确定在料液比1:102(g/mL)、乙醇浓度73%、超声时间55 min、超声功率175 W、超声温度50℃条件下,魔芋葡甘聚糖含量为88.1%,与预测值相近,纯化工艺切实可行。利用红外光谱仪和X射线衍射仪测定优化前后样品结构,未发现明显差异。经该工艺纯化后的魔芋粉中魔芋葡甘聚糖含量明显高于未纯化魔芋粉,且结构受影响较小,本文旨在为魔芋葡甘聚糖的高效开发和利用提供理论依据。

基于代理模型技术的江海直达船体结构可靠性优化设计

为提高船体结构可靠性优化设计这类多参数、高维度、高非线性优化问题的效率,弥补传统船体结构确定性优化设计对影响结构安全不确定性因素考虑的欠缺,本文以一艘江海直达船为研究对象,采用BP(Back Propagation)神经网络代理模型技术,结合SMOTE(Synthetic Minority Oversampling Technique)过采样算法增加极限状态失效面附近样本点数量,实现以较少的样本点获得较高精度的船体舱段结构极限状态代理模型,进而利用蒙特卡洛抽样模拟方法编制船体结构可靠度计算程序,在结构可靠性分析的基础上以降低船体舱段结构重量为目标,采用模拟退火优化算法开展船体结构可靠性优化设计。本文建立了一套完整有效的、基于代理模型技术的船体结构可靠性优化设计系统,有效提高了优化设计的效率,对江海直达船体结构可靠性优化设计具有指导意义。

邮轮开敞区域典型杆件风致噪声特性数值研究

[目的]旨在研究邮轮开敞区域典型杆件产生的风致噪声。[方法]基于计算流体动力学(CFD)联合声类比法、声振耦合法开展气动噪声与风致振动噪声的数值模拟,探究上述两种噪声产生机理及特性。[结果]结果显示,在不同风速下,圆杆、方杆、椭圆杆的气动噪声最大值频率由脱涡频率主导,风致振动噪声最大值频率由结构固有频率主导。3种不同截面形状杆件产生的气动噪声总体上大于风致振动噪声,且方杆的气动噪声最大。当杆件脉动压力频率接近固有频率时,在大柔度下风致振动噪声会接近甚至超过气动噪声。[结论]设计邮轮开敞区域典型杆件时应选择圆形杆件而避免使用方形杆件,且合理选择杆件尺寸,尽量避免杆件脱涡频率与固有频率接近,以此降低风致噪声。

模糊数学结合正交试验优化孜然风味烘烤花生配方

我国花生休闲食品以烘烤花生为主,其产品种类较稀少。为丰富烘烤花生的种类,开发了一种以小茴香、迷迭香、八角、孜然、食用盐、白砂糖为主要调料的孜然风味烘烤花生产品。以模糊数学感官评价结果为指标,着重考察孜然、食用盐、白砂糖对孜然风味烘烤花生感官品质的影响。采用正交试验设计优化孜然风味烘烤花生的调味液配方。结果表明,最佳配方为在1 000 mL水中加入4 g小茴香、2 g迷迭香、4 g八角、40 g孜然、24 g食用盐、28 g白砂糖,将其煮至800 mL时加入100 g花生蒸煮浸泡入味。此条件下生产的孜然风味烘烤花生口感醇香浓郁,咸甜适中,孜然风味极其浓郁,其综合模糊数学感官评分为84.88分。该研究可为孜然风味烘烤花生的生产提供一定的理论依据。

豪华邮轮上层建筑开敞区域流场特性分析

[目的]豪华邮轮上层建筑开敞区域具有复杂的空间布置及外观造型,需精确模拟开敞区域的风载荷与流场特征以指导邮轮设计。[方法]采用雷诺时均(RANS)方法中的Realizable k-ε湍流模型和类子结构法模拟思路,对邮轮整船及上层建筑开敞区域的流场特性进行数值模拟,并开展风洞实验进行验证。[结果]研究表明,上层建筑开敞区域的外型及空间布置对邮轮的流场特性具有重要影响,提出的类子结构法模拟思路可以精确模拟局部区域的流场特性。[结论]在设计邮轮时,应使上层建筑整体造型呈流线型,且开敞区域相邻结构之间的高度差和间距不宜过大,所做研究对邮轮设计具有指导作用。

船舶结构碰撞试验及简化数值计算方法

[目的]采用流固耦合计算方法虽能较好地模拟船舶碰撞过程,但计算时间较长,为此,提出一种简化的数值计算方法。[方法]以某船的局部舱段为对象,开展多工况水上碰撞试验。采用力传感器和基于高速摄影技术非接触测量的方法获得到碰撞力及碰撞船的运动时程数据,通过对碰撞接触力和加速度响应等数据进行分析,并针对试验过程开展任意拉格朗日-欧拉(ALE)流固耦合数值计算分析,提出将碰撞过程中水域对撞击船的影响简化为等效质量,将对被撞船的影响简化为等效阻力,以面力的形式作用于被撞船非撞击侧用以阻碍被撞船运动的简化方法,然后基于此简化方法开展不涉及水域与结构耦合过程的数值计算。[结果]结果显示,采用简化计算方法得到的各工况的碰撞力峰值与试验值间的误差均在5%以内,且该方法所需要的计算时长远小于ALE流固耦合算法。[结论]所提简化数值计算方法可为实现船舶结构碰撞响应的高效计算提供一定的参考。

面向一体化设计的船用碳玻混杂复合材料帽型加筋板结构多尺度分析

[目的]复合材料设计与结构设计一直处于分离的“双轨”状态,旨在提升船用复合材料结构的极限强度,提出复合材料与结构一体化设计方法。[方法]基于多尺度方法,建立细观材料与宏观结构的尺度关联,探究细观参数对宏观加筋板极限强度的影响以及碳玻层内混杂与层间混杂的力学性能差异,通过对比分析获得更优结构形式。[结果]采用建立的微-细-宏观力学模型,改善了复合材料细观参数,提高了宏观加筋板极限强度。通过调整TC33纱线间距和纱线截面积、WR纱线截面积、混杂方式,使得设计的复合材料帽型加筋结构具有更优的极限强度。[结论]通过多方案对比寻优,在满足规范要求的前提下可实现材料与结构一体化设计,为新一代舰船设计提供理论指导和技术支撑。

大开口船舶弹塑性响应的水池模型试验研究

[目的]旨在探究中部大开口船舶在波浪中的动态运动和结构响应特性。[方法]参考集装箱船中部载货和具有大开口的特点,设计制作加筋板式船舶模型,并在造波水池中开展系列线性和非线性工况试验,测量船模在压载和波浪共同作用下产生的弹性、塑性变形以及甲板区域的应力变化。[结果]结果表明,结构塑性的出现会稍微降低整体纵摇运动的增幅,并延长中垂变形的发生时间;波浪幅值越大,诱发的结构高频振动越明显。[结论]对于中部具有大开口的船舶,中垂时产生的高频应力比中拱时更大,其与低频应力的叠加对船舶安全性会造成更大威胁,需要在船舶设计中予以考虑。

船体梁总纵弯曲载荷识别方法及试验验证

基于结构应变动态响应,采用时域反卷积算法建立了船体梁总纵弯曲载荷识别理论模型.结合Tikhonov正则化理论及FFT(快速傅里叶变换)滤波算法,有效提高了载荷识别精度.并采用系列箱型梁结构模型动载试验验证了载荷识别理论模型的有效性.结果表明:建立的载荷识别理论模型可以准确地反演得出施加载荷时程曲线,误差小于5%.

基于船舶-流场耦合作用的内河航段船舶航行虚拟辅助驾引

[目的]为进一步提高船舶航行的安全性,对船舶辅助驾驶决策相关内容开展研究。[方法]针对选取的两段内河典型航段,基于实时数字航道流场信息,考虑航行规则约束,模拟船舶-流场耦合作用下的复杂流场航段虚拟辅助驾引。模拟南京和东流航段的虚拟辅助驾引,给出相应的安全驾驶方案,在航行过程中对船舶速度、位置和航向等信息进行实时追踪。[结果]仿真结果表明,基于Fluent二次开发的船舶-流场耦合作用的算法可有效解决船舶多自由度运动耦合和船舶-流场多物理场耦合的解耦问题;遇见弯道或分汊时,操小舵角长距离航行可以在避免降速和较大横移的同时实现船舶的安全航行。[结论]该算法可以有效对接数字航道流场信息,开展复杂流场环境下内河航段船舶航行的过程模拟,结果可为内河航段船舶智能航行决策提供数据支撑。

大型邮轮甲板层数对上层建筑变形特性的影响

为了满足人们对宽敞居住空间、娱乐和休闲等的需求,邮轮往往设置多层丰满轻型上层建筑,复杂结构使得其参与船体总纵弯曲的程度及变形特性难以确定。以某大型邮轮为研究对象,将模型试验与数值计算相结合,研究上层建筑甲板层数对其变形特性的作用机理及影响程度,探讨上层建筑的变形特性。研究结果可为安全可靠的邮轮上层建筑结构设计以及形成自主设计技术提供可靠支撑。

计及结构实际应力状态的模型降阶技术研究

为解决目前降阶模型缺乏精确性及可交互性问题,提出一种计及结构实际应力状态的模型降阶及修正技术。基于本征正交分解方法创建由载荷-模态系数映射及基底向量组成的变截面梁结构降阶模型,通过试验测点响应数据求解结构实际应力状态下的模态系数进行映射更新,迭代选取最优映射以实现降阶模型的修正,并经由静载及动载试验对修正后的降阶模型进行对比验证。相较传统模型降阶方法,计及实际应力状态的降阶模型在垂弯静载试验中精度优化52.13%,在波浪载荷动载试验中精度优化86.98%,且在保证精度同时提升了84.81%计算效率,为数字孪生中物理和虚拟空间的交互提出一种新的解决思路,进一步满足孪生体结构状态实时性,精确性及可交互性的需求,为实际船舶结构数字孪生体的构建提供技术支撑。

焊接线能量和焊接顺序对加筋板声振特性影响试验研究

在满足结构强度要求的焊接工艺规范下,焊接线能量和焊接顺序会影响船舶上典型双向加筋板结构焊接残余应力的大小与分布,从而影响其声振特性。为探究焊接工艺参数对典型双向加筋板结构声振特性的影响规律,采用数值与试验相结合的方法验证焊接结构试验方法的准确性,开展不同焊接线能量和焊接顺序下加筋板结构模态、水下振动和声辐射试验研究。试验结果表明:在相同焊接顺序下,不同的焊接线能量对薄板的固有频率影响较大,对厚板的固有频率影响相对较小;对于厚板加筋结构而言,在相同焊接顺序下,随着焊接线能量的增加,对固有频率的影响呈现先减小、后增大的趋势,相同频段内的振动加速度和辐射声压总级也呈现先减小、后增大的趋势;在对称焊接顺序下,焊接电流为200 A,焊接电压为25 V,焊接速度为3.02~3.06 mm/s,焊接线能量为167 J/cm时,结构的声振特性最优。本研究可为船舶与海洋结构物声隐身性的低噪声工艺设计提供指导。

前缘锯齿结构对弯管气动噪声的影响

为了研究前缘锯齿结构对弯管气动噪声的影响,采用大涡模拟与声类比的混合计算方法,揭示了前缘锯齿结构对弯管流场和声场的影响机理。基于通气管路实验平台,对含有导流叶片的弯管进行数值计算和实验研究,验证了数值计算方法的可靠性。结果表明:前缘锯齿结构能够降低管路的压力损失,提高弯管的气动性能,使管内气流更加稳定;能够有效减少层流分离泡的产生,降低了叶片表面的压力脉动强度和非定常载荷;综合作用下降低了弯管的气动噪声。

菊芋全粉对米发糕贮藏品质特性的影响

目的探究菊芋全粉添加量与米发糕品质特性之间的相关性。方法在米发糕中添加不同比例(5%、10%、15%、20%、25%)的菊芋全粉,测定其贮藏过程(0、1、3、5、7 d)中感官品质、质构特性和体外消化特性等指标,探究菊芋全粉与米发糕品质指标之间的相关性。结果与未添加菊芋全粉的米发糕相比,菊芋全粉的添加降低了米发糕的硬度、粘性和咀嚼性,感官评分从81.91下降到70.91,而米发糕抗性淀粉从26.02%增加至34.59%。菊芋全粉的添加能有效减缓米发糕在贮藏期间质构的劣变,贮藏第7d时,添加15%菊芋全粉的米发糕感官评分(80.83)高于对照组(66.57),且添加10%菊芋全粉的米发糕抗性淀粉高达42.23%。通过相关性分析,回复值、弹性和粘聚性是影响米发糕感官品质的主要因素,其中弹性与米发糕感官评分呈极显著负相关(P<0.01)。结论添加菊芋全粉可有效提升米发糕的感官品质及抗消化特性,并能有效减缓米发糕在贮藏期间的质构劣变,同时也丰富了米发糕品种多样性,可为菊芋资源的开发和高值化利用、发糕制品的深度研究提供理论参考。