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碎冰航道中航行船舶阻力数值预报
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作者 唐湘杰 邹明 +1 位作者 邹早建 邹璐 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第23期293-299,306,共8页
北极运输船舶常航行于由破冰船开辟的碎冰航道中;尽管这避免了船舶与层冰碰撞引起的巨大冰阻力,但船舶与航道中碎冰的相互作用受到两侧层冰的影响,进而会对船舶的航行性能产生影响。目前,碎冰航道两侧层冰对船舶航行性能的影响尚未得到... 北极运输船舶常航行于由破冰船开辟的碎冰航道中;尽管这避免了船舶与层冰碰撞引起的巨大冰阻力,但船舶与航道中碎冰的相互作用受到两侧层冰的影响,进而会对船舶的航行性能产生影响。目前,碎冰航道两侧层冰对船舶航行性能的影响尚未得到充分研究,是否考虑这一影响是北极船舶设计的一个重要问题,采用CFD-DEM(computational fluid dynamics-discrete element method)耦合方法模拟船舶在碎冰航道中的航行过程并分析船-碎冰相互作用特点,进而对船舶阻力进行数值预报。首先,开展了网格和时间步长的收敛性分析以评估数值误差和不确定度,验证了数值模型的可靠性;在此基础上的预报结果表明,由于两侧层冰对船舶兴波产生影响,船舶水阻力随航道宽度的减小而小幅增大且主要为压阻力的增加;船舶冰阻力随航道宽度的减小而迅速增大,船体两侧的碎冰堆积现象是导致冰阻力增大的主要原因。 展开更多
关键词 碎冰航道 船-冰相互作用 船舶阻力 计算液体力学-离散单元法(CFD-DEM)
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基于OpenFOAM的螺旋桨紧急倒车工况数值模拟
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作者 郭海鹏 邹早建 李广年 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期168-176,共9页
螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性与船舶的紧急制动能力密切相关并直接影响船舶的航行安全性.基于开源计算流体动力学平台OpenFOAM中的雷诺平均求解器对螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性及绕流场开展数值研究.以5叶螺旋桨DTMB438... 螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性与船舶的紧急制动能力密切相关并直接影响船舶的航行安全性.基于开源计算流体动力学平台OpenFOAM中的雷诺平均求解器对螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性及绕流场开展数值研究.以5叶螺旋桨DTMB4381模型为研究对象,对其正车前进以及紧急倒车工况进行数值模拟.通过与国际上公开的模型试验结果进行对比,验证了所采用的数值方法在预报螺旋桨不同工况下水动力性能方面的有效性.基于数值模拟获得的水动力载荷及流场信息,探讨了紧急倒车工况下局部绕流场特征随进速变化的规律及其与螺旋桨整体水动力特性之间的关系,为船舶紧急倒车制动能力评估提供了理论依据. 展开更多
关键词 螺旋桨紧急倒车 水动力特性 计算流体动力学 OPENFOAM 雷诺平均方法
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近岸航行邮轮水动力数值分析研究 被引量:1
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作者 邹璐 邹早建 +1 位作者 夏立 高行 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2020年第S02期120-131,共12页
在港口等限制航道内大型船舶受到水流阻塞的影响,水动力性能会发生显著变化,对航行安全带来潜在危险。论文以近岸航行大型邮轮为研究对象,采用基于计算流体动力学(CFD)的雷诺平均纳维尔-斯托克斯(RANS)方法,对不同水深傅汝德数下的邮轮... 在港口等限制航道内大型船舶受到水流阻塞的影响,水动力性能会发生显著变化,对航行安全带来潜在危险。论文以近岸航行大型邮轮为研究对象,采用基于计算流体动力学(CFD)的雷诺平均纳维尔-斯托克斯(RANS)方法,对不同水深傅汝德数下的邮轮粘性绕流场进行数值模拟和水动力预报。为掌握数值计算误差及可靠性,构建一系列加密网格,对邮轮水动力进行网格收敛性分析。在此基础上,开展深水和浅水中的数值计算,获得邮轮纵向力、横向力、横倾力矩和转艏力矩,并由流场分析得到浅水效应与岸壁效应联合作用下的邮轮水动力特性。 展开更多
关键词 邮轮 水动力 岸壁效应 浅水效应 网格收敛性
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LS-DYNA与ABAQUS模拟锥体-平整冰碰撞问题的比较分析 被引量:1
4
作者 王阳 王峰 +2 位作者 邹早建 卢腾超 石础 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2020年第4期602-606,共5页
基于黏聚单元有限元方法,采用两款软件对平整冰与锥体碰撞进行数值模拟,并将两款软件计算得到的平整冰断裂模式及产生的冰载荷进行比较.在此基础上,将数值模拟结果与实测结果进行对比,并利用两款软件共同研究碰撞速度对于冰载荷的影响.... 基于黏聚单元有限元方法,采用两款软件对平整冰与锥体碰撞进行数值模拟,并将两款软件计算得到的平整冰断裂模式及产生的冰载荷进行比较.在此基础上,将数值模拟结果与实测结果进行对比,并利用两款软件共同研究碰撞速度对于冰载荷的影响.结果表明:采用两款软件计算获得的平整冰断裂模式比较接近,且在时域与频域方面均与实测结果吻合良好;采用LS-DYNA的计算效率高于ABAQUS.采用两款软件共同研究碰撞速度对于冰载荷的影响. 展开更多
关键词 ABAQUS LS-DYNA 锥体-平整冰碰撞 黏聚单元模型 比较
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基于积分视线法的船舶自抗扰轨迹跟踪控制研究 被引量:3
5
作者 刘义 曾智华 +2 位作者 邹早建 封培元 范佘明 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期133-144,共12页
通常采用螺旋桨和舵来控制 船舶在水平面的三个自由度运动,属于欠驱动控制,其轨迹跟踪控制器的设计具有很大的难度。论文将欠驱动水面船舶的轨迹跟踪问题解耦为转首运动控制和纵向运动控制这两个子控制系统,采用积分视线法确定期望首向... 通常采用螺旋桨和舵来控制 船舶在水平面的三个自由度运动,属于欠驱动控制,其轨迹跟踪控制器的设计具有很大的难度。论文将欠驱动水面船舶的轨迹跟踪问题解耦为转首运动控制和纵向运动控制这两个子控制系统,采用积分视线法确定期望首向角和期望纵向速度,通过Lyapunov稳定性理论证明了控制系统的稳定性;采用自抗扰控制技术中的扩张状态观测器设计首向控制器和纵向运动控制器。通过静水和波浪中的直线轨迹跟踪仿真试验,验证了设计的控制器的有效性。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 轨迹跟踪 积分视线法 自抗扰控制 扩张状态观测器
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拖式吊舱推进器敞水中直航和操舵工况水动力性能数值预报 被引量:3
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作者 袁帅 邹璐 +1 位作者 邹早建 吴琼 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2020年第S02期37-51,共15页
以某型拖式吊舱推进器为研究对象,采用非定常RANS方法对该推进器在敞水中直航和操舵工况下的粘性流场进行数值模拟,对螺旋桨单元和吊舱单元整体的轴向力、侧向力、扭矩和操舵力矩进行了数值计算,得到了该吊舱推进器敞水中的水动力载荷... 以某型拖式吊舱推进器为研究对象,采用非定常RANS方法对该推进器在敞水中直航和操舵工况下的粘性流场进行数值模拟,对螺旋桨单元和吊舱单元整体的轴向力、侧向力、扭矩和操舵力矩进行了数值计算,得到了该吊舱推进器敞水中的水动力载荷均值和脉动值随来流速度和舵角变化的关系.研究发现,桨单元与吊舱单元的平均水动力特性在大舵角、高来流速度下有较大的差别,提供最大敞水效率的操舵方位与来流速度有关;桨叶的水动力脉动以一倍轴频成分为主,且其推力、侧向力和扭矩的脉动幅值明显,而桨单元和吊舱单元的水动力脉动以一倍叶频成分为主,且其脉动幅值整体上较小;操舵方向不影响桨单元水动力均值和脉动值对称性,但对吊舱单元推力、扭矩和操舵力矩均值和脉动值有明显的影响. 展开更多
关键词 吊舱推进器 操舵工况 水动力载荷 脉动幅值 RANS
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欠驱动水面船舶的自适应神经网络-滑模路径跟随控制 被引量:12
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作者 贺宏伟 邹早建 曾智华 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期890-897,共8页
针对欠驱动船舶的路径跟随问题,提出了一种综合神经网络和滑模控制的控制方法.采用视线(LOS)制导方法解决船舶欠驱动问题,并设计了关于漂角的自适应状态观测器,将预测的漂角引入LOS以补偿漂角引起的稳态横向偏差;使用滑模控制方法实现... 针对欠驱动船舶的路径跟随问题,提出了一种综合神经网络和滑模控制的控制方法.采用视线(LOS)制导方法解决船舶欠驱动问题,并设计了关于漂角的自适应状态观测器,将预测的漂角引入LOS以补偿漂角引起的稳态横向偏差;使用滑模控制方法实现航向控制,并用神经网络处理控制模型的不确定性问题;应用Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性,同时通过对比仿真试验结果,验证了本文所提出控制器的有效性. 展开更多
关键词 水面船舶 路径跟随 视线制导 自适应观测器 神经网络 滑模控制
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基于粘聚单元模型的平整冰-竖直圆柱体碰撞数值模拟 被引量:9
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作者 王峰 邹早建 任奕舟 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第16期153-158,共6页
基于非线性有限元数值方法,引入粘聚单元模型并结合线性软化弹塑性本构模型,对平整冰与竖直固定圆柱体碰撞进行了数值模拟,研究了碰撞过程中平整冰的破坏模式和柱体所受冰载荷。数值模拟结果与实际观测到的冰层撞击灯塔时的破坏模式进... 基于非线性有限元数值方法,引入粘聚单元模型并结合线性软化弹塑性本构模型,对平整冰与竖直固定圆柱体碰撞进行了数值模拟,研究了碰撞过程中平整冰的破坏模式和柱体所受冰载荷。数值模拟结果与实际观测到的冰层撞击灯塔时的破坏模式进行了比较,两者吻合良好;随后分别分析了粘聚单元破坏准则和碰撞速度对圆柱体所受水平冰载荷的影响。结果表明:柱体所受水平冰载荷受粘聚单元破坏准则影响有限,与碰撞速度呈正相关且平均冰载荷的增长速度稍高于线性增长。 展开更多
关键词 粘聚单元模型 平整冰-圆柱体碰撞 冰破坏模式 冰载荷
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大型邮轮与集装箱船水动力相互作用数值研究 被引量:1
9
作者 宋深科 夏立 +1 位作者 邹早建 邹璐 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期919-928,共10页
大型邮轮是一种大尺度、高附加值船型,近年来得到越来越多的研究与开发.由于大型邮轮经常航行于港口、沿岸等繁忙水域,研究其与其他船舶的水动力相互作用,对保证其航行安全至关重要.以一艘大型邮轮和一艘KCS集装箱船为研究对象,通过求... 大型邮轮是一种大尺度、高附加值船型,近年来得到越来越多的研究与开发.由于大型邮轮经常航行于港口、沿岸等繁忙水域,研究其与其他船舶的水动力相互作用,对保证其航行安全至关重要.以一艘大型邮轮和一艘KCS集装箱船为研究对象,通过求解非定常RANS方程,在模型尺度下预报了两船在深水、浅水中不同纵向位置、不同横向位置以及不同航速下的水动力特性,确定了两船之间水动力相互作用的变化情况.结果表明,不同的相对位置和航速均对两船的横向力和转首力矩有明显影响,浅水下两船的相互作用更加明显,且KCS船更易受到船-船相互作用的影响. 展开更多
关键词 大型邮轮 限制水域 船-船相互作用 RANS方程 计算流体动力学
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考虑初始缺陷的平整冰-锥体结构碰撞数值模拟 被引量:1
10
作者 卢腾超 邹早建 +2 位作者 王阳 王峰 石础 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期250-256,共7页
基于非线性有限元数值方法,对含初始缺陷的平整冰与锥体结构碰撞场景进行了模拟。将标记为初始缺陷的实体冰单元从平整冰模型中删除,并将黏聚单元插入到实体冰单元之间。在实尺度下对平整冰与锥体碰撞场景进行了数值模拟,分析了平整冰... 基于非线性有限元数值方法,对含初始缺陷的平整冰与锥体结构碰撞场景进行了模拟。将标记为初始缺陷的实体冰单元从平整冰模型中删除,并将黏聚单元插入到实体冰单元之间。在实尺度下对平整冰与锥体碰撞场景进行了数值模拟,分析了平整冰的断裂破坏模式并预报了锥体所受冰载荷,并将数值模拟结果与不考虑初始缺陷的数值模拟结果进行了比较。分别分析了初始缺陷分布位置和含量对锥体所受冰载荷的影响。结果表明,初始缺陷对于平整冰的断裂破坏模式和冰载荷均有重要的影响。 展开更多
关键词 平整冰-锥体结构碰撞 初始缺陷 断裂破坏模式 黏聚单元模型 冰载荷
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基于两种螺旋桨建模方法的全附体船模斜拖试验数值模拟 被引量:3
11
作者 刘义 邹早建 郭海鹏 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期423-430,共8页
应用计算流体动力学(CFD)方法数值模拟约束模试验以获取船舶操纵水动力导数,是建立船舶操纵运动数学模型的有效方法.在数值模拟全附体约束模试验中,选定合适的螺旋桨建模方法,是既快速又准确地计算船体水动力的关键.应用CFD方法求解雷... 应用计算流体动力学(CFD)方法数值模拟约束模试验以获取船舶操纵水动力导数,是建立船舶操纵运动数学模型的有效方法.在数值模拟全附体约束模试验中,选定合适的螺旋桨建模方法,是既快速又准确地计算船体水动力的关键.应用CFD方法求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程,分别采用体积力法和基于实桨的滑移网格法对螺旋桨进行处理,数值模拟了全附体KCS船模的斜拖试验;通过水动力数值计算结果与基准试验数据的比较,验证了所采用的数值方法的可靠性.对两种螺旋桨建模方法的结果进行比较可以发现,综合考虑计算成本和计算精度,体积力法可以代替实桨方法进行全附体约束模斜拖试验数值模拟. 展开更多
关键词 斜拖试验 雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程 体积力法 滑移网格法
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基于非侵入式混沌多项式法的随机阻曳流CFD模拟不确定度量化 被引量:2
12
作者 夏立 邹早建 +1 位作者 袁帅 曾智华 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期584-591,共8页
比较了计算流体动力学不确定度分析中的验证与确认方法和不确定度量化方法之间的区别.介绍了一种最新的不确定度量化方法——非侵入式混沌多项式法,并应用该方法和传统的蒙特卡洛法分别对二维随机阻曳流进行不确定度量化,其中蒙特卡洛... 比较了计算流体动力学不确定度分析中的验证与确认方法和不确定度量化方法之间的区别.介绍了一种最新的不确定度量化方法——非侵入式混沌多项式法,并应用该方法和传统的蒙特卡洛法分别对二维随机阻曳流进行不确定度量化,其中蒙特卡洛法选用了随机采样法和拉丁超立方采样法两种方法.研究了当进出口压力为服从均匀分布的随机变量时所引起的流动的不确定性.研究结果表明,应用蒙特卡洛法进行不确定度量化时,随机采样法和拉丁超立方采样法效果差别不大;混沌多项式方法相较于蒙特卡洛法可以更高效地模拟不确定性在流场中的传播. 展开更多
关键词 不确定度量化 计算流体动力学 混沌多项式方法 拉丁超立方采样
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固定于水面的多个半圆形结构物的水波Bragg反射
13
作者 丁伟伟 邹早建 吴静萍 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1023-1029,共7页
基于线性波浪理论,应用边界元法(BEM)研究固定于静水面的多个半圆形结构物的水波Bragg反射现象.计算固定于海底的多个半圆形结构物的反射系数,并将计算结果与文献中的理论解进行比较,以验证BEM的正确性.计算并对比水面单个半圆形结构和... 基于线性波浪理论,应用边界元法(BEM)研究固定于静水面的多个半圆形结构物的水波Bragg反射现象.计算固定于海底的多个半圆形结构物的反射系数,并将计算结果与文献中的理论解进行比较,以验证BEM的正确性.计算并对比水面单个半圆形结构和多个半圆形结构的反射系数,以证明基于Bragg反射原理的多个结构物衰减波浪的有效性.进而分析多个半圆形结构物的个数、半径、间距等参数对Bragg反射特性的影响,研究结果可为基于Bragg反射原理的防波堤设计提供参考依据. 展开更多
关键词 多个半圆形结构物 水波 Bragg反射 边界元法
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浅水中低速小半径回转船舶水动力数值研究
14
作者 王小龙 邹早建 +1 位作者 夏立 刘敬贤 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2019年第6期1012-1016,1021,共6页
浅水中某些工程船低速、小半径回转工况作业环境复杂且操纵难度大,找出其航行受力规律,对于提高船舶航行安全性意义重大.文中采用数值方法对其作业过程进行了模拟,流体控制方程采用RANS法求解,求解器选择STAR-CCM+,模拟湍流选择k-ε模型... 浅水中某些工程船低速、小半径回转工况作业环境复杂且操纵难度大,找出其航行受力规律,对于提高船舶航行安全性意义重大.文中采用数值方法对其作业过程进行了模拟,流体控制方程采用RANS法求解,求解器选择STAR-CCM+,模拟湍流选择k-ε模型,并用旋转坐标系法来模拟船舶的回转运动.在深水、零漂角工况下,验证了数值方法的可行性.将该法应用到较低航速下,船舶在五个不同水深、三个不同漂角和较小的半径相互组合的回转运动工况,并得到船舶所受水动力的大小及相应的变化规律. 展开更多
关键词 浅水 低速 小半径回转 船舶水动力 数值模拟
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外部搭载对潜艇操纵性影响的数值研究
15
作者 郑自强 邹璐 +1 位作者 邹早建 王璇 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期53-65,共13页
为研究外部搭载装置对潜艇操纵性的影响,采用RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法对搭载某水下航行器的SUBOFF潜艇约束模运动进行数值模拟。基于获得的水动力导数,评估外部搭载对潜艇动态稳定性与机动性的影响。首先,对SUBOFF斜... 为研究外部搭载装置对潜艇操纵性的影响,采用RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法对搭载某水下航行器的SUBOFF潜艇约束模运动进行数值模拟。基于获得的水动力导数,评估外部搭载对潜艇动态稳定性与机动性的影响。首先,对SUBOFF斜航运动水动力参数计算结果进行网格收敛性分析,并将数值结果与试验数据对比,验证数值方法的可靠性。其次,数值预报搭载状态下的SUBOFF潜艇在垂直面与水平面上典型的静态和动态约束模运动的水动力和力矩,并通过拟合曲线求取相应的水动力导数。在此基础上,用操纵性衡准数评估潜艇稳定性与机动性。结果显示,未搭载与搭载状态下的SUBOFF潜艇均不具有稳定性,且在搭载状态下其稳定性会进一步降低;外载装置能改善潜艇垂直面的应舵性和水平面上的回转性。 展开更多
关键词 潜艇操纵性 外部搭载 约束模运动 水动力导数 数值模拟
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Numerical Simulation of the Flow in a Waterjet Intake Under Different Motion Conditions
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作者 XU Huili zou zaojian 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2022年第3期356-364,共9页
By solving the three-dimensional incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations,numerical simulations of the viscous flow within a flush type intake duct of a waterjet under different motion conditions are c... By solving the three-dimensional incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations,numerical simulations of the viscous flow within a flush type intake duct of a waterjet under different motion conditions are carried out.Therein,the effects of the steering and reversing unit as well as the impeller shaft on the flow field are taken into account.The numerical results show that the static pressure under backward conditions with the reversing jet flow is the lowest,and the cavitations are most likely to occur within the intake duct.The flow field under forward conditions is less uniform because of the shaft,while the velocity uniformity under backward conditions is improved.The shaft rotation causes an asymmetric secondary flow above the shaft under all conditions.The pressure contours under backward conditions with the reversing jet flow are sensitive to the presence of the shaft.This study can provide some references for the design optimization of waterjet propulsion system. 展开更多
关键词 waterjet intake duct viscous flow numerical simulation
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