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冰下运动椭球体破冰的机理实验研究 被引量:1
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作者 周朔 倪宝玉 +1 位作者 杨棣 曾令东 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1494-1500,1509,共8页
为了揭示冰下运动物体兴波破冰机理,探究一种可用于水下航行器破冰上浮的新型破冰技术,本文以椭球体作为水下航行器的简化模型,利用自行设计制作的一套拖航实验装置,在低温实验室的小型冰水槽中开展了系列破冰实验。实验分析了破冰机理... 为了揭示冰下运动物体兴波破冰机理,探究一种可用于水下航行器破冰上浮的新型破冰技术,本文以椭球体作为水下航行器的简化模型,利用自行设计制作的一套拖航实验装置,在低温实验室的小型冰水槽中开展了系列破冰实验。实验分析了破冰机理,椭球体在水下近冰面处运动引发冰面的水弹性响应,冰层内的弹性弯曲波与水波耦合为弯曲-重力波,进而导致冰层的挠曲变形。当冰层内部的应力超过其极限应力时,就会导致冰层发生破坏。通过对多种物理参数的影响进行分析,研究表明:冰层的存在会额外增加模型的拖航阻力,且这种影响与模型的运动速度和浸没深度有关;弯曲-重力波的破冰效果与椭球体运动速度紧密相关,存在一个最优破冰速度,以此速度运动的椭球体具有最高效的破冰能力,使得冰层被破坏区域的面积达到最大;随着椭球体浸没深度的增加,冰层的响应幅值迅速衰减;由椭球体运动兴波导致的冰面破坏模式具有一般规律,横向裂纹先于纵向裂纹出现。 展开更多
关键词 弯曲-重力波 极地 破冰 水弹性响应 水下航行器 椭球体 机理实验 冰水槽
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气泡辅助航行系统降低船模-碎冰相互碰撞的试验研究 被引量:3
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作者 倪宝玉 钟凯 +1 位作者 张东江 薛彦卓 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期10-16,共7页
通过模型试验探究气泡辅助系统降低船舶与碎冰相互碰撞的机理,依托“雪龙2”号船模设计了气泡辅助航行系统,在哈尔滨工程大学室外冰水池内进行了非冻结模型冰碎冰航道的船模拖航试验。通过机理试验,探究气泡辅助航行系统使用前后船模与... 通过模型试验探究气泡辅助系统降低船舶与碎冰相互碰撞的机理,依托“雪龙2”号船模设计了气泡辅助航行系统,在哈尔滨工程大学室外冰水池内进行了非冻结模型冰碎冰航道的船模拖航试验。通过机理试验,探究气泡辅助航行系统使用前后船模与浮冰相互作用模式的差异,同时根据船艏、船舯的浮冰清除效果,分析该系统对这两部分浮冰碰撞作用的减轻程度;随后改变试验参数,探究航速、喷气量以及浮冰密集度对该系统工作效果的影响,进一步探究该气泡辅助系统的工作机理。 展开更多
关键词 碎冰区航行 气泡辅助航行技术 清冰 船模试验 非冻结模型冰
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计及流体影响的船舶回转冰阻力数值模拟 被引量:5
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作者 倪宝玉 黄其 +1 位作者 陈绾绶 薛彦卓 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第2期1-7,共7页
[目的]极地船舶在极地航行时,复杂的冰阻力不仅会给船舶带来结构上的威胁,还对船舶的操纵性提出了新的挑战,尤其当船舶在层冰区中进行转向运动时,挑战更大。近年来的研究主要集中在船—冰碰撞的强相互作用上,而少有研究流体对冰阻力的... [目的]极地船舶在极地航行时,复杂的冰阻力不仅会给船舶带来结构上的威胁,还对船舶的操纵性提出了新的挑战,尤其当船舶在层冰区中进行转向运动时,挑战更大。近年来的研究主要集中在船—冰碰撞的强相互作用上,而少有研究流体对冰阻力的影响。[方法]采用非线性有限元法,基于适当的冰材料模型和合理的耦合破坏模式,研究船舶回转运动过程中冰与船之间复杂、强烈的非线性相互作用。同时,采用流固耦合方法,研究流体对船—冰相互作用的影响。[结果]数值结果与经验公式的对比确定了模拟的有效性与可靠性,其中对比有、无流体作用时船舶受到的纵向、横向和垂向冰阻力情况显示,计及流体影响时,船舶的冰阻力在3个自由度上会有明显提升。[结论]船舶破冰回转运动中考虑流体对冰阻力的影响,能准确预测船舶回转时的冰阻力且能有效保证船舶的航行安全。 展开更多
关键词 海冰 阻力 数值模拟 流固耦合 有限元法
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修正内聚区长度计算公式在冰Ⅰ型裂纹扩展中的应用 被引量:4
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作者 倪宝玉 徐莹 +2 位作者 黄其 尤嘉 薛彦卓 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第3期58-66,共9页
[目的]内聚区长度是处于破坏边缘的内聚力单元长度与其连接的其他内聚力单元长度之和,决定了网格的最大尺寸。精确估算内聚区长度并合理划分网格是影响计算精度的重要因素。[方法]为此,基于J积分的部分假设和已有的研究成果,在原有的内... [目的]内聚区长度是处于破坏边缘的内聚力单元长度与其连接的其他内聚力单元长度之和,决定了网格的最大尺寸。精确估算内聚区长度并合理划分网格是影响计算精度的重要因素。[方法]为此,基于J积分的部分假设和已有的研究成果,在原有的内聚区长度计算公式中增加关于长厚比的修正函数,然后将修正后的内聚区长度计算公式应用于冰力学模型,再基于有限元法建立双悬臂梁数值模型进行模拟,并与试验结果进行对比,以验证修正后内聚区长度计算公式的精确性。[结果]研究表明,在一个内聚区长度内至少存在4个内聚力单元才能较精确地描述断裂过程。相关结果应用于三点弯曲试验模型模拟的结果显示,断裂点的极限载荷误差为2.9%且在合理范围内。[结论]修正后的内聚区长度公式更适用于冰材料。 展开更多
关键词 冰力学 内聚力单元法 内聚区长度 网格划分 三点弯曲试验
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基于“兴趣-科研-探索”的船舶与海洋工程流体力学启发式教学模式初探 被引量:6
5
作者 倪宝玉 戴绍仕 王诗平 《力学与实践》 北大核心 2020年第1期103-107,共5页
针对船舶与海洋工程流体力学课程的教学特点,提出一种“兴趣-科研-探索”的启发式教学模式。该教学模式以“兴趣驱动”为牵引,以“科研应用”为抓手,以“探索未知”为导向,最大限度地调动学生的主动学习能力和发散思维潜力。以空泡现象... 针对船舶与海洋工程流体力学课程的教学特点,提出一种“兴趣-科研-探索”的启发式教学模式。该教学模式以“兴趣驱动”为牵引,以“科研应用”为抓手,以“探索未知”为导向,最大限度地调动学生的主动学习能力和发散思维潜力。以空泡现象为例,将该模式与船舶与海洋工程流体力学知识点相结合,激发学生对于知识点的好奇和兴趣,加深学生对于知识点的掌握和应用,启发学生对于知识点的理解和想象,旨在为该课程教学探索一种新模式。 展开更多
关键词 教学模式 空泡现象 兴趣牵引 科研应用 探索未知
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冰水槽内气泡辅助破冰系统的机理实验研究 被引量:2
6
作者 倪宝玉 郭鹏杰 薛彦卓 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期777-783,共7页
为了揭示气泡辅助破冰机理,以极地破冰船气泡辅助破冰系统为研究对象,本文设计制作了船模及气泡辅助破冰系统模型并依托低温实验室进行一系列机理实验。通过机理实验探究加装气泡辅助破冰系统后冰层在船艏、船肩及舷侧的破坏模式,研究... 为了揭示气泡辅助破冰机理,以极地破冰船气泡辅助破冰系统为研究对象,本文设计制作了船模及气泡辅助破冰系统模型并依托低温实验室进行一系列机理实验。通过机理实验探究加装气泡辅助破冰系统后冰层在船艏、船肩及舷侧的破坏模式,研究气泡辅助破冰系统与海冰相互作用机理。在此基础上对多种物理参数的影响进行分析。研究表明:气泡辅助破冰系统通过在冰层下形成气泡腔,破坏了水对于冰的弹性支撑;同时向上运动的气泡流将碎冰块吹离船体,形成船体与碎冰间的润滑层,从而分别降低了破冰船在冰区航行的破冰阻力和清冰阻力,达到了辅助破冰船航行的效果。 展开更多
关键词 水下气泡 极地 破冰船 破冰技术 平整冰 气泡辅助系统 机理实验 冰水槽
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海冰与波流耦合动力学的研究进展 被引量:4
7
作者 倪宝玉 曾令东 +1 位作者 熊航 吴其远 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期641-654,共14页
随着全球气候变暖,北极活动频次的逐渐增加,海冰与波流的耦合作用成为了国内外的热点研究问题.海冰的存在会改变波浪的传播特性和色散关系,也会改变海流运动的边界条件,使得海流在冰面下边界处可能产生漩涡脱落等现象;而海冰在波浪、海... 随着全球气候变暖,北极活动频次的逐渐增加,海冰与波流的耦合作用成为了国内外的热点研究问题.海冰的存在会改变波浪的传播特性和色散关系,也会改变海流运动的边界条件,使得海流在冰面下边界处可能产生漩涡脱落等现象;而海冰在波浪、海流等动力作用下,也会不断发生生消、断裂、重叠和堆积等动力学行为.海冰与波流耦合动力学中存在几大难点问题:一是海冰模型的构建,需要针对海冰类型和性质的不同,考虑不同区域的海冰分布情况建立合适的海冰模型.二是冰水之间的耦合问题,海冰边界影响着冰水之间的动量和能量交换,对于冰盖、浮冰等不同类型海冰,需分别处理边界问题;冰水耦合引起的海冰破坏,其破坏模式也是多样的.三是波流联合场的构建,目前尚无较好的方法构建波流联合场,导致海冰与波流联合场作用的相关研究仍极其匮乏.因此,本文针对海冰与波流相互作用问题,回顾和讨论国内外对海冰与波浪、海冰与海流及海冰与波流相互作用的研究现状和技术难点,展望了未来可以进一步深入研究的问题,提出了初步的思路以供参考. 展开更多
关键词 海冰 波浪 海流 耦合作用 海冰模型
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基于非线性有限元法的冰区玻璃钢实验船碰撞性能研究 被引量:4
8
作者 胡文进 倪宝玉 +2 位作者 白晓龙 李志鹏 于昌利 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第14期262-268,276,共8页
采用有限元软件ANSYS建立了冰区玻璃钢船舶与冰排的模型,设置碰撞参数与材料属性,利用LS-DYNA进行船-冰碰撞的非线性有限元计算,并分析碰撞结果。主要研究两个碰撞因素的影响:首先是玻璃钢的铺层角度,即[-45/45/-45/45/-45]和[90/0/90/0... 采用有限元软件ANSYS建立了冰区玻璃钢船舶与冰排的模型,设置碰撞参数与材料属性,利用LS-DYNA进行船-冰碰撞的非线性有限元计算,并分析碰撞结果。主要研究两个碰撞因素的影响:首先是玻璃钢的铺层角度,即[-45/45/-45/45/-45]和[90/0/90/0/90]这两种典型铺层方向下的玻璃钢船与浮冰碰撞的动态响应过程,得到船艏碰撞点应力曲线图以及船舶和冰排能量变化曲线,对比不同碰撞结果;其次是碰撞速度,在不同速度下玻璃钢船与冰的碰撞,得到玻璃钢船外板碰撞处的应力曲线和冰排应力分布云图,并进行了力学分析。 展开更多
关键词 玻璃钢 船-冰碰撞 铺层工艺 动力学分析 ANSYS/LS-DYNA
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基于CFD-DEM方法的回转体水下运动兴波破冰数值模拟研究
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作者 倪宝玉 谭浩 +1 位作者 李鸿远 周朔 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2024年第1期52-57,共6页
该文采用CFD-DEM方法对回转体水下运动兴波破冰问题进行了数值模拟研究,探究回转体运动速度、潜深对破冰效果的影响,对比分析了不同工况下冰盖的裂纹扩展规律和破坏程度,其中速度无因次化为弗劳德数Fr,潜深无因次化为回转体深度与回转... 该文采用CFD-DEM方法对回转体水下运动兴波破冰问题进行了数值模拟研究,探究回转体运动速度、潜深对破冰效果的影响,对比分析了不同工况下冰盖的裂纹扩展规律和破坏程度,其中速度无因次化为弗劳德数Fr,潜深无因次化为回转体深度与回转体最大直径的比值,记作h。研究结果表明:在回转体运动兴波破冰过程中,回转体中后部冰盖的破坏情况较为严重;随着回转体的运动,冰盖裂纹向前扩展,出现新的纵向裂纹与横向裂纹,待裂纹完全发展后,冰盖呈现出以横向裂纹为主的破坏形式;存在临界速度Ccri,当回转体的运动速度处于临界速度附近时,冰盖的破坏效果较好,对应的速度区间为Fr=0.55~0.75;随着回转体潜深增大,冰盖破坏程度总体呈现出下降趋势,h>3.43后,冰盖不再发生明显破碎。 展开更多
关键词 破冰 水下运动 CFD-DEM方法 可破碎冰盖
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冰的离散元数值模型参数分析 被引量:1
10
作者 倪宝玉 魏宏宇 +3 位作者 王军 李好纯 范子仪 薛彦卓 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期36-48,共13页
在引入粘结-破碎模型后,用离散元法可以很好地模拟材料裂纹的产生、发展和断裂,而且在冰工程领域中得到运用。建立离散元微观参数和整体模型宏观参数之间的关系是该方法成功应用的关键,但目前关于冰离散元模拟方法中参数匹配的研究较少... 在引入粘结-破碎模型后,用离散元法可以很好地模拟材料裂纹的产生、发展和断裂,而且在冰工程领域中得到运用。建立离散元微观参数和整体模型宏观参数之间的关系是该方法成功应用的关键,但目前关于冰离散元模拟方法中参数匹配的研究较少。论文通过STAR-CCM+软件中的离散元模块建立冰的离散元数值模型,采用三点弯曲的数值模拟方法研究离散元微观参数和整体模型力学性能之间的关系,给出适用于冰材料的离散元微观参数值。 展开更多
关键词 冰离散元法 数值模拟 离散元参数分析
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不同预报方法对前置预旋类型装置节能效果的影响
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作者 孙海素 倪宝玉 +1 位作者 周志勇 陈康 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期268-273,共6页
对于预旋类型的桨前节能装置,在对各水池试验数据分析时会采用不同的换算方法。以实际建造项目38000 t散货船为研究样本,讨论二因次法、三因次法、各种伴流修正方法以及节能装置自身引起的阻力变化对节能效果评估的影响。二因次和三因... 对于预旋类型的桨前节能装置,在对各水池试验数据分析时会采用不同的换算方法。以实际建造项目38000 t散货船为研究样本,讨论二因次法、三因次法、各种伴流修正方法以及节能装置自身引起的阻力变化对节能效果评估的影响。二因次和三因次阻力分析方法对节能效果有少许影响,但三因次法预报的节能效果较好。在伴流修正方法中,ITTC1999方法和E_(i)法预报的效果接近,都比ITTC1978方法预报的节能效果好。在基于ITTC1999或E_(i)法修正伴流时,无论是使用二因次法还是三因次法,因节能装置自身导致的阻力增量对节能效果的影响微弱。但在用ITTC1978方法修正伴流时,若计及节能装置导致的阻力增量,预报的航速会降低,从而节能效果变差。 展开更多
关键词 前置预旋类型节能装置 节能效果 数据换算 伴流修正
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浮冰在Stokes波作用下运动响应研究 被引量:3
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作者 倪宝玉 叶昱图 +1 位作者 胡文进 薛彦卓 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期75-80,共6页
基于斜滑理论、水波理论和耐波性理论,提出了可以快速预报小块浮冰在波浪作用下三自由度运动响应的计算方法;基于STAR-CCM+软件,采用VOF造波功能,建立三维Stokes波浪水槽,研究单块浮冰与Stokes波浪相互作用.计算结果与试验结果基本符合... 基于斜滑理论、水波理论和耐波性理论,提出了可以快速预报小块浮冰在波浪作用下三自由度运动响应的计算方法;基于STAR-CCM+软件,采用VOF造波功能,建立三维Stokes波浪水槽,研究单块浮冰与Stokes波浪相互作用.计算结果与试验结果基本符合,验证了本文计算结果的有效性.基于此,研究了不同参数下浮冰运动响应幅值算子,包含波长、波高和冰厚等,并获得不同参数的影响规律.结果表明:正方形薄冰三个自由度的响应幅值算子曲线均随着相对波长的增加而逐渐趋近于1,而立方体浮冰的垂荡运动响应幅值算子曲线在相对波长接近8~9时发生了共振现象;浮冰的纵向漂移速度明显受到波高影响,与波高呈平方关系. 展开更多
关键词 浮冰 STOKES波 理论方法 数值波浪水槽 响应幅值算子
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气泡辅助系统碎冰区减阻特性船模试验研究
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作者 吴刚 刘昕 +1 位作者 倪宝玉 郭鹏杰 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期83-89,共7页
为了研究气泡辅助系统降低船模碎冰区阻力的机理及效果,采用非冻结模型冰,在室外冰水池内开展了一系列船模拖曳试验,分别对不同碎冰密集度、不同船模航速及不同通气量参数下的阻力特性变化规律展开研究.试验结果表明:当该气泡辅助系统... 为了研究气泡辅助系统降低船模碎冰区阻力的机理及效果,采用非冻结模型冰,在室外冰水池内开展了一系列船模拖曳试验,分别对不同碎冰密集度、不同船模航速及不同通气量参数下的阻力特性变化规律展开研究.试验结果表明:当该气泡辅助系统工作时,船体两侧的碎冰会受到气泡上浮及气水混合流的作用,发生翻转并向远离船体方向运动,在船体与碎冰之间形成一条无冰带,在该范围内几乎没有船体与碎冰的相互接触,以此达到降低阻力的效果;船模开启气泡辅助系统后的减阻率受碎冰密集度、航速、通气量三者共同影响,减阻率总趋势是随通气量的增加而增加,且该系统在低碎冰密集度、低航速工况下的减阻效果更好. 展开更多
关键词 极地破冰船 气泡辅助系统 非冻结模型冰 碎冰阻力 阻力试验
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Influences of different forces on the bubble entrainment into a stationary Gaussian vortex 被引量:16
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作者 ZHANG AMan ni baoyu 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2013年第11期2162-2169,共8页
Simulations of bubble entrainment into a stationary Gaussian vortex are performed by using the combined particle tracking method(PTM)and boundary element method(BEM).Before the bubble is captured by the vortex core,os... Simulations of bubble entrainment into a stationary Gaussian vortex are performed by using the combined particle tracking method(PTM)and boundary element method(BEM).Before the bubble is captured by the vortex core,oscillation and migration of the quasi-spherical nucleus are solved by using improved RP equation and the momentum theorem in the Lagrangian reference frame simultaneously,and the trajectory of the nucleus presents a kind of reduced helix shape.After captured by the vortex core,the bubble grows immediately and moves and deforms along the vortex core axis.The non-spherical evolution and deformation of the bubble is simulated by adopting a mixed Eulerian-Lagrangian method.The output of quasi-spherical stage is taken as the input of non-spherical stage,and all the behaviors of the entrained bubble can be simulated such as inception,motion,deformation and split.Numerical results agree well with published experimental data.On this basis,the influences of various factors such as viscosity,surface tension,buoyancy are studied systemically.Hopefully the results from this paper would provide some insight into the control on vortex bubble entrainment. 展开更多
关键词 BUBBLE ENTRAINMENT gaussian vortex trajectory split
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“天佑”轮2018年首航北极冰区体会 被引量:2
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作者 叶行专 倪宝玉 《航海技术》 2019年第5期4-7,共4页
0 引言载重量为36 000 t的冰级多用途船'天佑'轮设计冰级为CCS Ice Class B1冰级,与目前普遍采用的《芬兰瑞典冰级规范》(FSICR)中的IA级相当,具有夏秋季在当年冰、层冰厚度不超过0.8 m的开敞水域中航行的能力,近似等效为IACS P... 0 引言载重量为36 000 t的冰级多用途船'天佑'轮设计冰级为CCS Ice Class B1冰级,与目前普遍采用的《芬兰瑞典冰级规范》(FSICR)中的IA级相当,具有夏秋季在当年冰、层冰厚度不超过0.8 m的开敞水域中航行的能力,近似等效为IACS Polar Class中的PC7级。2018年执行远东—北极航道—北欧航次任务,航行期间遭遇冰困等极端事件。 展开更多
关键词 驾驶台 破冰船 东西伯利亚海 冰情预报 雾中航行 北极航行
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