LNG液舱与船体耦合运动稳定性分析

对LNG液舱与船体耦合运动稳定性分析可以有效提升船舶航行安全性。传统试验方法存在周期长、费用高等问题,本文通过建立船体与液舱的耦合运动坐标系,分析液舱和船舶运动方程,并通过不断迭代计算液舱与船体的耦合运动状态。根据耦合运动状态方程对LNG液舱与船体进行耦合运动数值分析,得到了液舱内流体的运动分析结果,分析了不同频率、不同充水率下LNG船舶横摇角的变化情况。本文的研究结果对LNG船舶结构设计和强度分析具有一定辅助作用。

液舱晃荡及其与船舶耦合运动问题的研究进展

液化天然气运输船(Liquefied Natural Gas Carrier,LNG Carrier)与浮式生产储油轮(Floating Production,Storage and Offloading,FPSO)是当今海洋石油天然气开发的主流船舶与工程设施。文中首先对目前国际上最为关注的LNG船/FPSO液舱晃荡及其与船舶/浮体耦合运动问题的研究思路及进展作了综述。分别对求解该类问题的模型试验和数值计算方法的最新研究成果进行了总结,分析了模型试验的特点和数值计算方法的应用范围,探讨了试验研究与数值模拟的关键技术及优缺点,并提出了加强相关研究的建议。

细长三角翼滚转/侧滑耦合运动的数值研究

采用亚迭代耦合求解流体动力学方程和刚体动力学方程数值研究方法,建立无时间滞后的耦合数值手段来分析研究飞行器非定常的耦合运动特征,研究细长三角翼多自由度非定常的耦合关联运动。研究表明:在流动结构失稳后机体运动逐步形成极限环振荡的自维持运动,滚转力矩系数滞回曲线呈现典型的“双8”稳定形态;在滚转和侧滑2自由度下,三角翼进行“落叶式飘荡”耦合运动,自激滚转振荡更为剧烈。

耦合运动非定常气动模型对飞机飞行特性仿真的影响

在大振幅偏航滚转单自由度强迫振荡和耦合强迫振荡运动风洞试验的基础上,分别运用准定常气动力建模方法和非定常气动力建模方法,获取飞机的气动力模型;运用两种不同的气动力模型,对飞机的纵向正弦振荡机动飞行进行了仿真。结果表明,准定常模型在小迎角下的仿真结果与非定常模型的结果基本一致;在较大迎角时,准定常模型仿真结果趋于稳定,而非定常模型仿真结果使飞机进入横航向振荡飞行状态,这一现象与F-16XL的试飞结果类似,其主要原因是耦合运动的非定常模型与准定常模型所产生的阻尼特性不一致。这也表明,分析大迎角飞行特性时应考虑耦合运动下的非定常气动特性。

Spar平台主体垂荡-月池流体耦合运动模型试验研究

针对Spar平台主体垂荡-月池流体耦合运动问题,采用模型试验的方法进行了研究。设计了可拆卸的月池底部挡板及垂荡板,通过静水中自由衰减试验及波浪中强迫运动试验,分析了月池流体对平台主体垂荡运动的影响。结果表明:月池流体显著增加了平台垂荡阻尼;当波浪周期接近平台垂荡固有周期时,月池流体对平台主体垂荡有抑制效应,且抑制程度与月池开孔面积有关;对于较大的底部挡板开孔率,平台主体垂荡RAO有2个峰,当波浪周期接近月池流体垂向振动固有周期时,也会激起平台主体较大的垂荡运动。实际中采用半开口月池时,应考虑月池流体对平台主体垂荡运动的影响。

Spar平台垂荡—纵摇耦合运动的不稳定性

研究了深水Spar平台垂荡—纵摇耦合不稳定运动的形式和条件。以经典Spar平台为例,基于垂荡包络线概念,分析了平台垂荡—纵摇耦合运动的相互放大效应及"舞动"运动。结果表明,当垂荡包络线周期与纵摇固有周期相等时,纵摇运动失稳;因纵摇对垂荡的耦合影响,垂荡幅值不断增大,同时垂荡运动的变化又影响纵摇运动,使得纵摇幅值小幅度增加,平台运动存在相互放大效应。纵摇失稳后,Spar平台将处在一种奇特的"舞动"运动形式。

耦合运动对星间激光链路瞄准过程影响及补偿方法研究

在星间激光链路的瞄准过程中,光通信终端与卫星平台的耦合运动是影响瞄准精度的重要因素。本文以耦合运动数学模型为基础,建立了仿真实验系统,并以铱星系统为例,对低轨卫星星间激光链路光束瞄准过程进行了仿真研究。理论分析和仿真结果表明,终端与平台耦合运动所产生的瞄准偏差大于0.9mrad,目标卫星可接收到的信标光功率将被衰减达-7.2dB以上,严重影响目标卫星对信标光的捕获。为确保星间激光链路的建立,提出了耦合运动补偿方法,并进行了相应的仿真实验。仿真结果表明,补偿控制方法使耦合运动产生的瞄准偏差小于2μrad,对信标光的衰减小于-1.7×10-5dB,衰减量可忽略不计。该结果对低轨卫星间激光组网技术的研究具有重要意义。

水平轴潮流能水轮机耦合运动水动力分析

漂浮式潮流能装置载体的波浪运动响应使水平轴水轮机的水动力特性发生变化,采用滑移网格技术对无界均匀来流中水轮机发生横摇和纵摇耦合运动时的三维水动力特性进行研究.结果表明:水轮机轴向载荷和能量利用率瞬时值产生波动,且横摇和纵摇耦合运动时轴向载荷及能量利用率的计算结果与只发生纵摇运动的计算结果基本相同;横摇和纵摇耦合运动时横摇力矩计算值的波动幅值比只发生横摇运动时的大;横摇和纵摇耦合运动时纵摇力矩的计算值与只发生纵摇运动时的计算值存在差异,横摇频率越大,差异越明显.研究结果可为漂浮式载体的运动响应研究、水轮机的结构设计及电能控制等提供相关数据.

斜拉索风雨激振中拉索和水线之间的耦合运动

斜拉索风雨激振严重影响到斜拉桥的安全运营,但其机理至今仍无定论。如何假定水线与拉索表面之间的作用力是建立风雨激振理论模型的难点之一。假定水线与拉索表面之间作用力包括库仑阻尼力和线性阻尼力,推导了拉索和水线的运动微分方程,建立了三维节段拉索风雨激振理论分析模型。采用数值方法对拉索和水线运动微分方程进行求解,得到了拉索和水线的运动规律。结果表明:拉索振动具有"限速"、"限幅"的特征,并能够采用拉索竖向气动力的突降进行解释;水线在拉索表面的平衡主要是气动力和重力之间的平衡,拉索运动产生的附加惯性力为水线往复运动提供能量,而库仑阻尼力和线性阻尼力则消耗能量阻止水线从拉索表面脱落。

超声场中气泡的耦合运动

超卢场中气泡除径向振动外,还可能会平动并且相互影响。本文以考虑邻近气泡次级声辐射影响后的球形气泡径向振动模型为基础,结合气泡在声场中受到的力,利用数值方法研究了平面波声场中不同尺寸的两气泡径向振动和平动规律。发现尺寸较大气泡的径向振动具有一定的本征性特征且具有较大平动位移。利用高速摄影系统定性地观察了气泡运动和泡群分布状态。实验表明大气泡以较快的速度平动同时伴有小幅径向脉动。我们还观察到了气泡相互吸引聚合的现象,此类行为可归结为次级声辐射的影响。

掠飞末敏弹耦合运动动导数计算

以新型掠飞末敏弹为研究对象,提出了基于欧拉转动定理和滑移网格技术的复杂角运动模拟方法,利用著名的罗德里格斯转换矩阵插值求得弹箭在每个时间步的角速度修正值,并指定给球形滑移网格区。通过对非定常气动参数进行求解辨识,分析了不同马赫数下掠飞末敏弹滚转运动对其俯仰组合动导数和升力系数动导数的影响规律。结果表明:所提角运动模拟方法可有效消除姿态角计算的累积误差,实现对弹箭任意给定角运动的准确模拟;弹箭滚转运动对俯仰组合导数和升力系数动导数的辨识结果均存在显著影响,在进行弹箭动导数计算和稳定性分析时需充分考虑俯仰耦合效应的影响。

三角翼受迫俯仰滚转耦合运动的气动特性研究

基于刚性动网格的技术,选用B-L湍流模型,利用有限控制体积法对N-S方程进行数值离散,对76°大后掠三角翼的受迫俯仰滚转耦合运动进行了数值模拟,在此基础上,对俯仰滚转耦合运动的气动力特性和流场结构进行了分析。计算结果表明:俯仰滚转耦合运动时,三角翼上表面的涡分布的非对称性将产生横侧方向的偏航力矩和滚转力矩,滚转力矩和偏航力矩随着滚转振幅角和滚转缩减频率的增大而增大,但对法向力影响不大。

均匀来流条件下并行排列旗帜耦合运动模式的实验

利用高速摄影技术在低速风洞中记录了不同间距并行排列的两个旗帜在不同来流速度中的耦合运动。利用自编的时间-空间演化图像处理软件分析总结了旗帜的耦合运动模式以及旗帜摆动振幅、频率和St数的变化规律。实验结果显示,随着排列间距和来流速度的变化,两旗帜可能以静止、同向摆动、反向摆动和过渡状态这四种不同的模态耦合运动。两旗帜同向摆动时摆动频率明显低于单个旗帜在相同来流中的值,反向摆动时情况相反。在过渡状态中两旗帜摆动的振幅交替增减并且运动中同时包含有两个频率,而同向和反向摆动都是单频率的运动。

系泊Spar平台波浪中耦合运动的数值模拟及模型试验

为了研究恶劣环境载荷引起海洋结构物的非线性运动响应,文章基于三维时域格林函数理论,提出了采用时域物面非线性理论方法直接模拟系泊浮体时域耦合分析所需的水动力,建立了系泊浮体波浪中时域耦合运动的数学模型。该方法充分考虑了每时每刻浮体在瞬态波面下湿表面的变化,并计及平均水线面下瞬时空间位置的改变,系统研究了系泊Spar平台波浪中的耦合运动响应及系泊线张力。最后,将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较,计算结果令人满意。

锥形血管入口区域内管壁与血液的耦合运动

本文研究了锥形血管入口区域内血管壁与血液间的耦合运动问题。对具有锥度角的弹性血管入口区域内的管壁运动和血液流动建立了相互耦合作用的数学模型。在满足相应的边界条件下求得了一组血液流动的速度分布公式、压力分布公式以及管壁运动公式。得出了一些重要的结论。

Spar平台垂荡-纵摇耦合运动失稳机理

研究参数激励和强迫激励共同作用下Spar平台垂荡-纵摇耦合运动的失稳机理。考虑静稳性和排水体积的变化,推导平台的垂荡回复力和纵摇回复力矩表达式,建立规则波浪中平台垂荡-纵摇耦合的运动方程。以经典Spar平台为例,分析平台垂荡-纵摇耦合运动发生马休类型不稳定运动的条件以及平台运动失稳的形式,给出波高和波浪周期平面上平台因大幅运动失稳的参数域。结果表明,当波高相对较小时,波浪的临界周期接近于垂荡固有周期,平台失稳的形式为马休失稳;当波高相对较大时,波浪的临界周期远离垂荡固有周期,平台由于大幅摇摆运动而失稳。

自适应动网格在流体-浮体耦合运动中的应用

为了解决流固耦合问题中物体大幅度运动带来的困难,更精确地计算波形变化和物体的受力,用任意拉格朗日-欧拉方法导出了带自由表面的流固耦合运动计算模型。在计算过程中用动网格方法跟踪浮体的运动,并用自适应网格在自由表面附近进行加密。计算了无粘流体、粘性流体中浮体的运动规律,并与理想弹簧-物体振动模型理论解进行了比较,同时计算了浮体在粘性流体中的侧倾振荡。结果表明,在无粘流体中浮体的垂直振荡与理论解符合得较好;在粘性流体中物体的运动为阻尼振动,与实际相符得较好。浮体在粘性流体中的侧倾振荡为阻尼运动,其侧倾角度随时间的增加而减小,在小角度时侧倾振荡与理论解接近。计算结果验证了计算程序的可靠性与精度,为ALE(arb itrary lagrang ian eu lerian)方法应用于流体-多浮体耦合运动分析奠定了基础。

风机塔架俯仰与桨叶挥舞的耦合运动

建立相应的运动微分方程，分析国产２００ｋＷ风力机的俯仰振动特性，给出风力机塔架俯仰挥舞的耦合运动。

粘弹性血管入口区域内血管壁与血液耦合运动模型及其应用

从血液流动、血管壁运动、血液 血管壁耦合运动三方面出发 ,建立了粘弹性血管发展流动的数学模型。导出了一组血液流动的速度分布、压力分布公式以及管壁位移公式。并结合一组狗的胸主动脉参数进行分析与讨论。结果表明 :(1)入口区域内血液流动的速度分布、压力分布公式与管壁的粘弹性无关 ;(2 )导得的管壁运动公式反映了定常、非定常、入口流动、充分发展流动等不同流动时态和形态下血流压力、速度变化对血管壁运动的影响。 (3)定常、非定常状态下粘弹性血管的运动呈现一定的规律 :当x/RnR <0 .16时 ,管壁位移变化显著 ;当x/RnR >0 .16时 ,管壁位移变化平稳。在相同条件下 ,弹性血管的位移变化幅值大于粘弹性血管。 (4)粘弹性血管的运动不仅与它的径向、轴向位置有关 ,而且与血液对血管的作用力有关。 (5 )

粘弹性血管入口区域内血管壁与血液耦合运动的研究

从血液流动、血管壁运动、血液－血管壁耦合运动三方面出发，建立了粘弹性血管发展流动的数学模型。导出了一组血液流动的速度分布、压力分布公式以及管壁位移公式。理论分析与数值计算都表明：（１）入口区域内血液流动的速度分布、压力分布与管壁的粘弹性无关；（２）管壁运动的位移公式中，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ各项都具有特定的物理意义；（３）完全弹性问题可视为本文公式的特殊情况。