柔性表皮与鲨鱼体表粘液耦合作用减阻效果数值模拟

本文采用粘流数值模拟方法,通过Workbench搭建双向流固耦合求解器,对粘液析出的柔性平板减阻效果进行数值模拟研究。结果表明,耦合粘液析出与柔性覆盖层可进一步提升减阻效果。粘液与柔性平板耦合之后,起到了进一步减阻的作用。从减阻效果来说,粘液与柔性平板的减阻技术可行,能在粘液减阻基础上进一步减少16.3%~21.20%。

二维冰-水-结构物作用的近场动力学模拟

为探讨冰、水、结构物之间的相互作用关系,采用近场动力学方法建立二维冰-水-圆柱结构物的运动计算模型,采用近场动力学微分算子模拟海水流动,采用常规态型近场动力学模拟海冰的损伤行为以及海冰与结构物之间的作用。进一步研究不同圆柱结构物移动速度和直径对冰载荷的影响,将数值计算结果与试验结果进行对比以验证方法的可行性,为研究冰、水、结构物相互作用提供理论支撑。

整体式自航浮体水动力性能数值研究

发生海难时,船舶配备的救生浮体就位速度对救援效率和成功率起着很大的作用,而救生浮体在波浪中的水动力性能对其就位速度又有着至关重要的影响。该文针对自主研发的整体式自航浮体,从提高速度角度出发,采用数值方法研究浮体以不同尾倾角度和航速在静水和规则波中航行的水动力学性能。研究结果发现:自航浮体在静水和规则波中受到的阻力随航行速度增加近乎呈线性增大,且在规则波中受到的阻力普遍大于静水中的。自航浮体的高压区增大、低压区的出现以及波浪作用浮体周围高低压区交替出现,会进一步引起浮体的运动响应。自航浮体的运动响应受吃水影响大,初始吃水较小或较大时,浮体的纵摇运动更加明显,而自航浮体的垂荡运动是随着吃水增大而愈发显著。研究结论可为自航浮体的研发提供必要的数据支撑。

有界流场中潜艇水压场特性的预报方法和重要特征

潜艇水压场特性是信息化海战场的重要信息源。基于势流理论研究潜艇水压场特性的工程简化预报方法,构建基于兰金体线型的解析模型和基于回转体线型的数值模型,预估多种线型的潜艇水压场特性,并在验证性研究基础上,揭示潜艇线型、潜深等因素对潜艇水压场负压峰值、负压持续时间等重要特征的影响规律。研究结果表明:随着潜深增大,潜艇水压场负压区形状由单峰值的V形逐渐变为U形,甚至双峰值的W形,线型、潜深等因素对重要特征的影响逐渐增强;同一潜深下,随着航速增大,负压持续时间均呈现先突增、后缓降规律,且无论艇体胖瘦,其水压场重要特征在1倍艇长的横距外均已衰减,即该横距外水雷已难以捕捉其目标特性。

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。

实船试航中不同浅水效应修正方法的对比分析

船舶航行时,当水深吃水比小于4或水深傅汝德数大于0.6时,会出现“浅水效应”。在实船测速试验中,需要对浅水效应进行适当修正,才能准确评估船舶的航速。目前常用的船舶浅水效应修正方法有Lackenby方法和Raven方法。本文介绍了这2种方法的基本原理和适用条件,并基于9艘船舶的实船测速试航数据,对这2种方法进行计算和比较,并分析2种方法对实船航速修正结果的影响,可为我国船舶测速试航及航速修正提供参考。

Mn25Al7钢焊接接头的疲劳性能试验研究

Mn25Al7钢是一种新型的轻质高强船用钢,目前针对Mn25Al7钢的疲劳性能尚未开展相关试验研究。本文对Mn25Al7钢的母材、对接焊接接头及T型焊接接头等典型节点进行疲劳试验研究,分别基于名义应力方法和热点应力方法拟合得到典型节点疲劳等级曲线,并与现有规范的疲劳等级曲线进行对比分析。对三种试样的断口形貌进行观测,分析其裂纹扩展规律和断裂机理。试验结果表明:Mn25Al7钢母材疲劳寿命高于按规范设计的普通钢材;规范低估了母材和磨平焊趾的对接焊缝接头疲劳寿命,但能较好地评估T型焊缝接头的疲劳寿命。通过对比分析三种试件的损伤速率差别,进一步对断口形貌进行了系统分析,发现初始裂纹源和焊接残留物会造成疲劳强度的降低。本研究可为船用高强钢的疲劳寿命预测提供理论依据和试验支撑。

激光雷迪尔级帆船水动力特性试验与数值计算研究

采用试验观测和数值计算的方法研究了六自由度激光雷迪尔级帆船的水动力特性.设计了一套帆船六元力试验测量方法,通过拖曳水池试验获得帆船的水动力特性.采用雷诺时均计算方法和重叠网格技术,通过对试验和仿真的六元力结果进行对比,验证了数值计算方法的准确性.对不同航行姿态下的帆船水动力性能进行了模拟,分析了船体航速、迎角、侧倾角、漂角四个因素对帆船六元水动力的影响规律.研究结果表明:对纵向力影响权重较高的因子是航速和迎角,纵向力与航速呈非线性关系;对横向力影响较大的因子是漂角且两者呈线性关系;侧倾力矩主要受侧倾角和漂角的影响,随侧倾角的增加先减小后增大,在侧倾角为15°附近出现拐点;俯仰力矩受航速和迎角影响较大,随迎角的增大呈线性增大关系;转首力矩对漂角变化响应最大,随漂角增大线性增大.文中获得的六元水动力特性和数据可为提高帆船的操纵性提供重要数据支撑.

气体润滑减阻研究综述

在我国“碳达峰、碳中和”战略背景下,气体润滑减阻作为一种流动控制节能与降碳方法,可有效降低船舶航行阻力,对我国船舶及航运业的低碳发展意义重大。本文介绍了气体润滑减阻研究的国内外背景及意义,阐述了气体润滑减阻的定义及分类方式,特别是提出了基于气液两相界面形态与减阻机理的离散气泡减阻和连续气层减阻分类方式,并在此基础上分别梳理了离散气泡减阻和连续气层减阻在减阻特性、减阻机理、两相流态及其影响因素等方面的进展情况,总结并展望了气体润滑减阻的研究现状和该领域的未来发展趋势。

台风-浪-流耦合作用超大浮体水弹性响应分析方法

海上机场超大浮体结构在台风等极端海洋环境下的动态响应准确预测是保障其安全性能的关键前提,其难点在于准确构建中/小尺度复杂流场与浮体结构的流固耦合计算模型。本文提出了一种基于中/小尺度嵌套的海上机场超大浮体水弹性响应分析方法,二次开发实现了台风-浪-流耦合模拟,分析了超强台风“莫兰蒂”途经海上机场超大浮体全过程台风-浪-流时空演变规律;采用中/小尺度流场嵌套技术计算水动力和气动力,代入结构动力学方程进行双向迭代解耦求解;通过算例分析了台风-浪-流耦合作用下浮体结构水弹性响应及影响机制。研究表明:本文提出的方法能够有效地预测此类极端环境下超大浮体结构水弹性响应。

基于连续介质损伤力学的钛合金耐压球壳极限强度分析

本文在连续介质损伤力学理论框架下,以深海载人装备耐压球壳结构为研究对象,开展Bonora损伤模型适用性研究。首先,设计TA31钛合金加载卸载试验,依据试验结果,分析Bonora模型参数对材料应力应变响应的影响规律;随后,提出一种模型参数校准方法,依据试验数据确定TA31钛合金的模型参数;最后,将Bonora模型通过VUMAT子程序的形式嵌入到有限元软件中,开展钛合金球壳结构的极限强度分析,并与传统方法进行对比。研究结果表明,在耐压球壳极限强度分析中,引入Bonora模型可以准确模拟耐压球壳结构的失效模式和破坏压力。该模型在材料本构关系中考虑了屈服强度、抗拉强度以及最大塑性应变的影响,结构失效的物理意义更加明确,对材料性能的优化与提升具有指导意义。

喷水推进器进水流道格栅流固耦合特性研究

为了研究格栅部件对喷水推进船舶效率的影响,本文拟采用流固耦合的数值计算方法系统地对格栅表面受力及其强度特性进行计算,结合有限元方法和流固耦合理论,以STARCCM+和ABAQUS软件为工具,根据目前已知的格栅剖面设计方法,对目前格栅的剖面形式进行改进,形成新型对称剖面形式的格栅。基于上述计算流体力学与流固耦合计算方法对其进行周围流场、结构静力强度、结构动力强度进行计算与分析。结果表明:对称形式的格栅剖面对于降低格栅的变形与应力水平有一定的帮助,采用新型对称形式的剖面结构使格栅总体变形模式发生了变化,但是最大变形位置与最大应力出现在格栅的位置未发生明显变化,新型对称剖面形式格栅具有比较好的静强度与动强度特性,各栅条均匀承受流体载荷。

基于输入−状态联合估计的漂浮式风机塔架结构载荷反演及状态分析

[目的]旨在研究波浪作用下漂浮式风机塔架的结构载荷反演方法及动力响应状态。[方法]以半潜型风机为研究对象,通过时域仿真模拟测量数据,并且基于漂浮式风机的频域仿真模型计算塔架的质量归一化模态,将二者作为输入−状态联合估计(joint input-state estimation,JIS)算法的输入,对漂浮式风机塔架开展结构载荷反演以及实时状态分析。[结果]结果表明:基于JIS算法,以塔架节点的仿真数据作为算法的输入,估计的塔根载荷以及塔架节点响应与仿真结果具有良好的一致性,实现了高精度的反演。[结论]反演结果验证了JIS算法的有效性,可以用于漂浮式风机的实时状态分析,保障漂浮式风机长期安全稳定运行。

小型循环水槽收缩段参数选型评估

对循环水槽收缩段的结构参数进行选型评估,提升循环水槽工作段的流场品质。采用无量纲法,对收缩比分别为7、8、9和10的收缩段入口横截面面积进行圆整处理,获得收缩段实际收缩比分别为7.360、8.160、9.000和9.878;采用ANSYS Fluent软件,基于标准的k-ε湍流数值模型对维氏曲线、双三次曲线和五次方曲线等3种典型收缩曲线的三维流场进行计算分析,给出沿流向的中纵剖面内的速度流线图和压力云图、轴向压力和压力梯度变化规律,以及出口截面速度分布云图;引入速度标准偏差值和轴向静压变化速率,综合分析循环水槽收缩段的收缩性能,选出最佳收缩曲线。数值模拟结果表明:轴向长度为475 mm、收缩比为7.360的收缩段,维氏收缩曲线最优。

近冰面航行潜体受力及操纵仿真研究

冰层可以为潜体提供良好的隐蔽性,为潜体作战效能发挥提供极大帮助。研究潜体在冰层下航行时的受力及操纵方法,可以为潜体更好地履行使命任务提供有力支撑。以美国SUBOFF潜艇模型为研究对象,采用STAR-CCM+流体计算软件,对不同航速下的潜体近冰面运动进行数值计算分析,计算潜体受力及力矩。将潜体所受力及力矩与潜体空间六自由度方程结合,模拟潜体近冰面航行运动趋势,给出操纵方法。研究表明,近冰面航行会影响潜体航行深度及姿态保持,及时采用降速、首尾舵操舵、纵倾平衡水舱调水等操纵措施可有效控制潜体航行深度及姿态,避免触冰情况发生。

带消声功能的潜艇换热器声学性能仿真

针对潜艇消声问题,提出一种带消声功能的换热器,开展环状橡胶气囊结构消声性能研究。建立仿真模型和进行传递损失计算,证明有囊式消声器的消声效果。利用控制变量法定量改变设计参数,分别研究气腔长度、穿孔直径和穿孔率对气囊消声效果的影响规律,为潜艇换热器的流动噪声控制提供有力支撑。

基于自航模的某海洋调查船回转性能数值研究

本文针对某海洋调查船在实船海试过程中出现回转横倾角过大问题,采用基于RANS方程的数值模拟技术结合自航模型对其回转性能进行数值模拟,获得了其回转性能预报结果,为了减小该船回转过程中的横倾角,对船底呆木开展改进设计,获得呆木改进设计方案后该船的回转性横倾。通过对比分析可知,改进方案有效降低了回转过程中的横倾角,避免了回转中横倾过大的问题,为该船的顺利交付提供了技术支撑。

跨斜滑断层非埋设海底管道局部屈曲分析

利用有限元软件ABAQUS,建立跨斜滑断层非埋设海底管道数值分析模型,考虑管道材料非线性、几何大变形和管土非线性作用的影响,模拟跨斜滑断层海底管道在正常操作阶段的局部屈曲响应。针对管道壁厚、铺设残余张力、穿越断层角度等敏感性参数变化下海管局部屈曲失效、侧向位移和轴向拉伸应变等进行分析,为跨斜滑断层非埋设海底管道的前期设计、安全评价、维修保护等提供参考。

多连通域浮式平台波浪载荷水池模型试验研究

大型多连通域浮式平台的典型代表是大型海上旅游浮式综合体,依据概念设计,开展大型多连通域浮式平台的波浪载荷水池模型试验研究,试验对不同海况下4种典型多连通域浮式平台方案进行波浪载荷测量,包括剖面的垂向弯矩、水平弯矩和扭矩等,通过观察试验现象和分析测量数据,获得了不同方案大型多连通域浮式平台的波浪载荷特性。试验结果表明:由于平台质量大、振动阻尼大,所以高频载荷成分小;平台在自由状态下载荷值基本都小于平台只释放垂荡状态载荷值;在方案四高波高状态下,平台波浪载荷的高频成分包含了波浪的非线性、约束柱与平台之间的耦合、平台自身的高频振动等。研究成果可为大型海上旅游浮式综合体的结构设计提供设计载荷输入,支撑平台的强度校核评估。

几何参数对轮缘推进器水动力性能影响的研究

轮缘推进器是近年来发展起来的一种无轴组合式特种推进器。与传统推进器相比,轮缘推进器在水动力设计和性能分析方面存在诸多挑战,水动力性能的研究对轮缘推力器的设计和应用具有重要意义。为了研究几何参数对轮缘推力器水动力性能的影响,本文以7叶轮缘驱动推力器为基本模型,基于面元法原理,利用编译的面元法代码对轮缘推力器在开阔水域的工作状态进行了数值模拟。通过求解每个面元的速度场,计算了水动力性能和叶片表面压力分布。此外,本文选择了几个典型的几何特征,如螺距比和叶片数,通过进行变参数分析,比较了不同几何参数下轮缘推力器的敞水性能。结果表明:本文的相关研究对轮缘推力器的设计和开发具有参考价值。