极地航行船舶桅杆积冰预报

在极地航行船舶开展科考活动和航运过程中,所处寒冷多雾的环境极易造成桅杆积冰,影响航行安全。利用Fluent和Fensap-ice对桅杆进行积冰预报,研究不同气象条件下的积冰分布情况。数值模拟结果表明:随着风速从2 m/s增加至10 m/s,桅杆积冰量从0.10 g增加至3.66 g;随着液态水含量的增加,桅杆积冰量从1.11 g增加到5.55 g,并且呈线性增加。但液态水含量不会改变桅杆表面的水滴收集系数,随着平均水滴直径的增加,桅杆表面的积冰量随之增加。本文研究对提高极地航行船舶的航行安全具有一定指导意义。

孔隙率对碳纤维/尼龙6复合材料湿热性能影响的数值模拟研究

孔隙在复合材料制造过程中广泛存在,在湿热环境下孔隙的存在会改变应力场和水分场,进而影响复合材料的吸湿性能与力学老化性能。对碳纤维/尼龙6(Carbon fiber reinforced polyamide 6,CF/PA6)复合材料在不同温度浸水环境下吸湿老化后的力学性能测试,研究了温度与吸湿量对其力学性能的影响及强度与模量等力学参数的演化规律,建立吸湿参数与力学参数的关联函数。基于随机顺序吸附法算法(Random sequential adsorption,RSA),建立了纤维、界面和孔隙随机分布的代表性体积单元(Representative volume element,RVE)模型。在本构模型中引入依赖于吸湿量的退化因子,研究了孔隙含量对复合材料横向拉伸、压缩、剪切强度和模量的影响,揭示了湿热老化前后不同的失效机制。结果表明:在热湿老化前,由于应力集中,孔隙会导致复合材料力学性能下降,孔隙率含量每增加1%,横向拉伸强度降低6.4%;湿热老化后,基体吸湿塑化效应是复合材料力学性能降低主要因素,对应降低率为3.86%。