水下监测平台系泊缆冲击张力的数值模拟

针对水下监测平台系统在水流作用下的动力响应及系泊缆的冲击张力问题,基于Hopkinson冲击载荷理论,考虑系泊缆的垂度效应,采用等效弹性模量法修正了系泊缆拉力和弦向作用力之间的差异,建立了水下监测平台浮体和系泊缆在碰撞及稳定运行过程中的系统动力学模型。利用水力学理论和海洋工程结构力学理论对其进行求解,研究了在受到冲击及冲击结束后系泊缆的受力特性和平台的运动特性。针对具体算例和水文环境进行计算。计算结果表明,在水流的作用下,浮体会产生较大的垂荡和横荡位移,横荡位移很快趋于稳定,垂荡位移由于水流涡激升力的影响会产生振动。由于浮体和系泊缆间冲击的存在,以及水流涡激升力的影响,系泊缆在松弛-张紧转变过程中,其张力产生较大的变化。

温差能驱动的垂直升降水下监测平台相变过程数值模拟

应用Fluent软件基于焓-孔隙率法模拟和求解垂直升降水下监测平台的相变过程。采用体积比为9∶1的正十六烷和石墨复合相变材料,以提高相变材料的导热系数。对不同结构的相变换热器进行数值分析,研究不同结构和海水温度对相变过程的影响。结果表明:在相变材料体积和圆筒形相变换热器内径相同的前提下,较小外径的圆筒形相变换热器具有更好的相变性能;较低的海水温度非常有利于凝固过程的进行;由于液相自然对流换热的存在,相同情况下熔解速率远大于凝固速率。

温差能驱动的垂直运动水下监测平台运动特性研究

以采用齿轮泵浮力驱动系统的温差能驱动垂直运动水下监测平台为研究对象,通过Matlab\Simulink仿真,对各模式下的运动基本方程进行数值求解。结果表明:在设定情况下,监测平台从开始下潜至到达500 m深处约需2586 s,平均速度0.19 m/s;平台到达设定深度后开始减速下潜直到停止,该过程持续约188 s,下潜约6.16 m;而监测平台从停留位置开始上浮直到上浮到海平面约需2531 s,平均速度0.20 m/s;监测平台完成一个运动周期后最终漂浮在海面上,平台壳体最上端高出水面约3 cm。

水下监测平台动态特性计算模型及影响因素分析

论文针对水下监测平台动力学特性问题,利用流场中结构振动模态的有限元计算方法及微元法的思想,考虑了流体对结构动态特性的影响,建立了水下监测平台浮体在流体的拖曳力、流体的垂直升力、浮力作用下的计算模型。通过数值分析方法,探讨了水下监测平台浮体固有频率的影响因素,通过对影响因素的调整,可以使浮体结构的固有频率远离水流漩涡释放频率,有效地减小共振给监测平台带来的危害,对水下监测平台的设计具有十分重要的意义。

水下系泊监测平台弱参数激励下的马休稳定性

在水下系泊优化监测的研究中,针对水下系泊监测平台在非线性流场作用下的垂荡-纵摇耦合稳定性问题,通过建立其垂荡-纵摇耦合运动方程,应用Floquet理论、虚拟质量法的思想及变形参数法求得水下系泊监测平台在不同频率比时的稳定性过度曲线,分析在弱参数激励下的稳定性特性,确定了稳定性和不稳定性区域,并通过时间历程响应进行了验证。结果表明,通过调整系统的阻尼大小可以改变稳定性区域的范围,随着阻尼的增大,稳定性范围逐渐增大,并可以采取在系泊监测平台外部增加螺旋形的阻尼侧板、改变平台浮体的截面形状、增大截面直径等措施来抑制水下系泊监测平台的垂荡位移、纵摇角度的范围,为优化监测提供了依据。

水下系泊监测平台垂荡纵摇耦合运动特性分析

水下系泊监测平台在外界复杂环境载荷作用下有可能出现大幅的垂荡和纵摇耦合运动,这种运动会导致监测结果的不准确,甚至会导致平台主体的倾覆失稳,针对这一问题,论文采用虚拟质量法的思想及多尺度方法理论,进行了平台垂荡幅值和纵摇角度随外界激励变化情况的稳定性优化控制研究,表明显示水下系泊监测平台的垂荡-纵摇耦合运动在整个过程中可以互相激励,垂荡幅值在外界激励作用下呈线性增加的趋势最终会达到稳定值;纵摇角度在外界激励的作用下呈现非线性增加的趋势。这种变化会导致平台的失稳破坏,因此在设计过程中必须进行控制。

空心玻璃微珠固体浮力材料生产工艺及材料性能检测研究

固体浮力材料具有密度低、耐压高、吸水率低、稳定等特点,是一种理想的低密度高强度的轻质耐压复合材料。以玻璃微珠为填料,充分利用其微态、轻质、中空等优势,并借助环氧树脂与固化剂之间在一定条件下产生的固化反应,研制生产一种新型的玻璃微珠固体浮力材料。该材料具备高强度、低密度、耐腐蚀、可加工性强等优点,符合目前海洋水下监测平台的大深度、复杂环境的实际需求。目前,该浮力材料在西太平洋通过了1 a时间的现场布放试验,试验结果良好,并且在多种水下监测平台中已得到了实际应用。