螺旋桨水动力噪声数值计算方法研究

为了确立水动力噪声量化计算规程,对基于FW-H方程的声类比计算方法进行系统性研究。采用螺旋桨水动力性能EFD及CFD标模DTMB 4 119螺旋桨为研究对象,基于大涡模拟方法系统探讨了声类比计算收敛性相关问题,包括声学计算时间的影响分析、单个叶片声压与叶片总声压的关系、声压与流动压力比较等。研究表明,声学计算时间的长短对频率谱的分布有影响,但平均声压级几乎不受影响,误差不到1%;单个叶片的SPL几乎相等但声压存在相位差,总体SPL相比单个叶片有所降低;螺旋桨远场声压一般低于流动压力,近场螺旋桨域内则例外,呈现不收敛趋势。由此可见,将流动与声传播解耦的声类比方法对于近场声压求解有一定局限性。

黏弹性板水弹性响应的非线性分析

通过将超大型浮式结构物(a very large floating structure,简称VLFS)模拟为黏弹性薄板,本工作对VLFS的非线性水弹性响应进行了解析研究。运用同伦分析方法(the homotopy analysis method,简称HAM),计算出速度势和板挠度的近似迭代解,并根据计算结果着重探究了几个重要的物理参数对黏弹性板形变的影响。结果发现:黏弹性板的挠度随着黏弹性时间、杨氏模量和板厚度增加而减少,而板挠度随着入射波波幅的增加而增加。最后,还对非线性色散关系和波幅之间的联系进行了探讨。

舰船非线性设计值的水弹性直接计算方法

目前各国军规对水面舰船设计载荷的计算还只停留在刚体理论,但随着舰船主尺度的日益增大,船体弹性效应对载荷响应的影响已越发不容忽视,通过水弹性理论计算和试验两方面,与国内规范的设计载荷计算方法进行了比较分析,发现国内规范中对于极限工况下的砰击载荷的贡献考虑不够充分,为此,基于三维非线性时域水弹性理论,对不规则波中船体载荷响应预报方法进行了阐述,提出了一种非线性设计载荷的直接计算方法。基于直接计算方法,提出一套新的水面舰船设计值计算流程算法。通过比较后发现,采用本文修改后的规范算法得到的设计值,与直接计算方法结果更为接近。新的设计载荷计算程序的有效性和准确性得到了证实。

非线性水动力导数的数值计算与研究

针对船舶的非线性运动难以界定和非线性运动难以预报的问题,以供应船为研究对象,采用CFD商用软件FLUENT,结合动网格技术对大振幅平面运动机构试验进行数值模拟,通过对比不同工况的流场压力云图,分析得出供应船水动力达到非线性的振幅范围.设计供应船非线性运动的试验方案,分别模拟不同频率时的大漂角斜航运动及大振幅的纯纵荡、纯横荡、纯首摇、组合运动,拟合得到接近零频率的非线性水动力导数.

基于水弹性方法的船体非线性波浪载荷预报

文章介绍了三维水弹性方法的基本原理,引进了一种三维非线性水弹性方法的数值算法。该算法以三维水动力理论为基础,充分考虑各种非线性效应,包括静水恢复力的非线性、物面非线性以及砰击力的作用,结合水弹性方法建立船体运动方程,并对船舶在波浪中运动受到的载荷进行预报。计算工况根据设计波法来确定,预报结果与线性计算结果进行了对比,差异主要体现在弹振和砰击方面。

海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析—基本理论

将考虑到二阶的流场压力在浮体瞬时湿表面上积分 ,得到用于非线性水弹性理论分析的广义一阶流体作用力和广义二阶流体作用力。广义一阶流体作用力中的波浪激励力、辐射力和恢复力与线性水弹性理论中的广义流体力具有相同的形式 ,仅比线性水弹性理论多了一项 ,反映了由刚体的转动引起的对一阶流体恢复力的影响。广义二阶流体力由五部分组成 ,即 :与入射势和反射势有关的广义二阶波浪激励力、与辐射势有关的广义二阶辐射力、由辐射势与入射势及反射势的耦合引起的广义二阶力、由于湿表面的移动引起的一阶流场静态压力对广义二阶流体力的贡献、以及由于瞬时湿表面积的变化引起的广义二阶力。同时推导了不规则波中的广义一阶及二阶流体动力系数的表达形式。建立了在不规则波中航行浮体的线性和非线性水弹性运动方程 ,给出了求解方法。

饱水白云岩临界点、骨架和流体弹性参数的数值计算

基于临界孔隙度模型,提出了用岩石的整体弹性信息反演求取临界点、流体和骨架等局部弹性参数的数值计算方法和双向线性回归计算公式;结合饱水白云岩的样品测试数据,以孔隙度为自变量和因变量,对密度和密度与纵、横波速度平方的乘积分别进行了数值计算。以测试样品的整体信息求得其临界点、流体和骨架弹性参数值,并与实测数据做了相关性分析,其相关系数高达90%,充分表明数值计算公式的正确性和实现方法的有效性。岩石骨架、流体弹性参数的数值反演计算在油气勘探领域中具有巨大潜力,运用测井曲线和地震数据,可以反演求出岩石孔隙中流体弹性参数(密度、速度),对直接指示油层、气层起到重要作用。

桩墩壅水数值计算方法

利用已有的物理模型试验成果,建立平面二维水动力数值模型,对桩墩的壅水进行计算,探讨几种紊动黏性取值方式对壅水计算的影响。研究结果表明:桩墩壅水的计算值与实测值吻合较好,验证了数学模型的合理性;利用选取常量、控制计算单元Peclet数以及应用Smagorinsky方程等3种紊动黏性取值方式均可以成功地进行壅水计算,其中以Smagorinsky方法最优。

海洋浮体非线性水弹性力学分析——结构非线性的初步考虑

前文分别介绍了二阶非线性水弹性分析中流体非线性的理论与部分典型算例结果。本文则在流体线性假定的前提下,介绍结构非线性的考虑方法。以大变形浮动平板在多向规则波中的运动与变形响应为例,介绍了板垂向位移与流体相互耦合的频域分析方法。讨论了板内薄膜力对结构变形与受力的影响。数值算例表明,薄膜力对变形、弯矩和应力都有一定程度的非线性贡献,在某些情况下是不可忽略的。

波流与不均匀海域上浮式弹性板相互作用的非线性数值模拟

波流混合作用下浮式弹性板的水弹性响应属于非线性范畴,尤其当波流传递到不均匀海底时,这种非线性行为更为复杂,因而采用完全非线性分析技术是唯一可能获得浮板精确水弹性响应的方法。采用高阶边界元法建立模拟波流与变水深海底上浮板相互作用的时域完全非线性二维数值水槽;将Euler-Bernoulli-von Karman非线性梁模型加入到流固交界面的动力学边界条件中实现波流与浮板耦合作用,运用4阶Runge-Kutta法并联合混合欧拉-拉格朗日方案对瞬时自由水面和流固交界面进行更新;为获得浮板位移的空间各阶导数,使用一系列模态振型函数来近似当前时刻浮板的垂向位移,并利用Galerkin方法求解各阶模态主坐标。通过与无网格数值已知算法结果进行比较,验证了数值模型的可行性和准确性;进一步研究水流及不均匀海底的存在对浮板非线性水弹性响应产生的影响;最后探讨了不同流速对浮板高阶谐位移的影响规律。

基于改进欧拉法的一类非线性系统的数值控制方法

研究了一类非线性系统的数值控制问题,通过使用数值分析中的改进欧拉方法得到数值控制器,当该控制律作用于系统时,系统的状态是数值稳定的。给出了仿真算例说明该结论的可行性和有效性。

非线性迭代解析节块方法的数值稳定方法

针对非线性迭代解析节块方法在特定条件下出现的数值不稳定问题 ,提出了一种解决方法 。

一类非线性发展方程的AGE-3方法和并行计算

为研究适合在并行计算机上高效率解一类非线性发展方程的计算方法,给出了一类非线性发展方程,并对其应用古典显格式、古典隐格式以及Saul′yev型非对称差分格式,构造了求解这一类非线性发展方程的交替分组显示AGE-3方法.并且证明了该方法的无条件稳定性以及具有并行性兼顾的结果.数值实验说明该方法具有良好的并行性、有效性,且误差小、精度高,宜于直接在并行计算机上使用.

非线性有限元分析与分叉问题数值方法

非线性有限元分析和分叉问题的数值方法研究是当今计算力学领域中受重视的研究方向之一。虽然在单元构造、非线性分析与分叉数值方法方面已有长足进展，但迄今为止，可以用于实际复杂结构分叉问题的方案还存在不少困难。本文对有限元的发展作了简要回顾，并介绍了一种有效的用于分叉计算的数值方法。文末以实际上常见的平面杆系结构为对象。

非线性代数方程的数值计算及收敛速度分析

用计算机对非线性代数方程给出不同的数值计算方法,并讨论其收敛速度。

基于改进MPS方法的三维时域水弹性计算模型

本文在作者已有的二维改进MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法基础上进行了三维拓展(主要包括三维自由面粒子判断),并通过将计算得到的三维溃坝问题结果与文献中实验结果相对比,验证了所发展模型的准确性。在结构响应计算方面,将刚性和柔性模态耦合并计及相互影响。在此基础上,将流体和结构部分通过迭代方式耦合,从而实现强流固耦合计算。最后,应用上述模型对涉及大刚体位移叠加弹性变形的三维方梁的强非线性时域水弹性问题进行了计算,验证了模型对此类问题的有效性。

非线性色散光纤中光脉冲传输模型的数值计算研究

超短光脉冲(T0>10fs)在非线性色散光纤中传输满足广义的非线性薛定谔方程。该方程一般情况下不适合于解析求解,通常需做数值处理。文章介绍了求解此方程的数值方法———分步傅立叶方法,并提出非线性效应也在频域内计算的改进方法。研究了分步傅立叶方法的精度,为了进一步提高精度,介绍了该方法的修正算法———对称分布傅立叶方法。

基于梯形法的一类非线性系统的数值控制方法

研究了基于梯形法一类非线性系统的数值控制问题,通过使用数值分析中的梯形方法得到数值控制器,当该控制律作用于系统时,系统的状态是数值稳定的。

三维加筋板楔形体结构水弹性砰击的ALE数值模拟研究

合理预报船首局部结构砰击载荷及其结构应力响应是船舶结构设计人员所重点关心的问题。文章针对某钢制三维加筋板楔形体入水砰击问题,考虑其水弹性效应,采用ALE显式有限元方法开展了数值预报工作。数值模拟的入水加速度、加筋板结构的纵骨和横梁上应力响应等结果与模型实验的时域结果进行了比较,吻合较好。文中还讨论了数值模拟的并行计算效率问题。