HYDRODYNAMIC INTERACTION BETWEEN TWO VERTICALCYLINDERS IN WATER WAVES

The hydrodynamic interaction between two vertical cylinders in water waves is investigated based on the linearized potential flow theory. One of the two cylinders is fixed at the bottom while the other is articulated at the bottom and oscillates with small amplitudes in the direction of the incident wave. Both the diffracted wave and the radiation wave are studied in the present paper. A simple analytical expression for the velocity potential on the surface of each cylinder is obtained by means of Graf's addition theorem. The wave-excited forces and moments on the cylinders, the added masses and the radiation damping coefficients of the oscillating cylinder are all expressed explicitly in series form. The coefficients of the series are determined by solving algebraic equations. Several numerical examples are given to illustrate the effects of various parameters, such as the separation distance, the relative size of the cylinders, and the incident angle, on the first-order and steady second-order forces, the added masses and radiation-damping coefficients as well as the response of the oscillating cylinder.

SLOW DRIFT DAMPING FORCE ACTING ON A CYLINDER IN WAVES

Hydrodynamic forces acting on a vertical or a horizontal cylinder undergoing Slow drift oscillation in waves were investigated experimentally and numerically. In the experimental study forced oscillation tests with low frequency and large amplitUde in regular waves and fortal two harmonic oscillation with combined low and high frequenceies were carried out. In the numerical study a finite difference method was used to simulate flows around a two dimensional oscillating cylinder.The results show that the slow drift damping farce coeffiCient dependS mainlyon the reduced velocity denned by the maximum velocity of the slow oscillation, period of incident wave and diameter of the column. However, a.rectangular cylinder oscillationg slowly in waves has much higher dameping coefficients than that oscillationg in two-harmonic mode. The numerical study revealed some relations between the damping force coefficients and the vortex shedding patterns.

Design, Development and Testing of an Air Damper to Control the Resonant Response of a SDOF Quarter-Car Suspension System

An air damper possesses the advantages that there are no long term changes in the damping properties, there is no dependence on working temperature and additionally, it has less manufacturing and maintenance costs. As such, an air damper has been designed and developed based on the Maxwell type model concept in the approach of Nishihara and Asami [1]. The cylinder-piston and air-tank type damper characteristics such as air damping ratio and air spring rate have been studied by changing the length and diameter of the capillary pipe between the air cylinder and the air tank, operating air pressure and the air tank volume. A SDOF quarter-car vehicle suspension system using the developed air enclosed cylinder-piston and air-tank type damper has been analyzed for its motion transmissibility characteristics. Optimal values of the air damping ratio at various values of air spring rate have been determined for minimum motion transmissibility of the sprung mass. An experimental setup has been developed for SDOF quarter-car suspension system model using the developed air enclosed cylinder-piston and air-tank type damper to determine the motion transmissibility characteristics of the sprung mass. An attendant air pressure control system has been designed to vary air damping in the developed air damper. The results of the theoretical analysis have been compared with the experimental analysis.

Loose Waves in Viscoelastic Cylindrical Wave Guide with Radial Crack

The main features are the length of the waveguide in one direction, as well as limitations and localization of the wave beam in other areas. There is described the technique of the solution of tasks on distribution of waves in an infinite cylindrical waveguide with a radial crack. Also numerical results are given in the article. Viscous properties of the material are taken into account by means of an integral operator Voltaire. Research is conducted in the framework of the spatial theory of visco elastic. The technique is based on the separation of spatial variables and formulates the boundary eigenvalue problem that can be solved by the method of orthogonal sweep Godunov. In the given paper we obtain numeric values of the phase velocity depending on of wave numbers. The obtained numerical results are compared with the known data. This work is continuation of article [1]. Statement of the problem and methodology of partial solutions are described in [1]. In this work, we present a complete statement of the problem, methods of solution and discuss the numerical results.

油气悬架阻尼数学模型对比分析

当前针对油气悬缸动力学特性的研究中,弹性力主要采用多变气体状态方程建模,阻尼力则采用薄壁小孔理论建模,由于真实情况中阻尼孔和单向阀的过流厚度都并非薄壁,而是具有一定的厚度,采用薄壁理论会导致模型在一定程度上失真,所以采用短孔过流理论建立阻尼模型,并考虑入口和出口的局部水头损失,重新构建油气悬缸动力学模型。通过施加真实道路采集的振动信号,对比了1/4悬架系统的两种阻尼力模型下的响应与真实的悬缸上支点加速度数据的平均绝对误差MAE和均方根误差RSME,验证了两个模型在低频范围都能较好模拟悬架振动,但中高频存在明显缺失,而短孔过流理论模型在频域上更逼近真实值。

单筒式磁流变减振器阻尼力计算方法研究

磁流变减振器具有结构简单、响应时间短、阻尼力大且连续可调等一系列优点,是目前研究的热点。然而在磁流变减振器的阻尼力计算及半主动控制理论等方面仍然存在许多问题。针对这些问题,设计一种单筒式磁流变减振器,并提出一种单筒式磁流变减振器阻尼力计算方法。首先建立了单筒式磁流变减振器阻尼力模型;其次,建立了单筒式磁流变减振器磁域模型,利用仿真软件得出磁场分布;最后通过实验得出铁心进、出口磁通密度与线圈电流间的关系。结果表明,流道进、出口处的磁通密度与线圈电流成线性变化规律,阻尼力随线圈电流的增加呈现先增大后减小的变化规律。在不通电流时,阻尼力随铁心运动速度的增加而增大;通入电流后,阻尼力受铁心速度的影响很小;阻尼力随铁心与缸筒间隙的变大而明显减小,并且随着间隙的增加,铁心运动速度对阻尼力的影响也减小。

基于互联与阻尼分配框架的电液伺服系统轨迹跟踪策略

在中大型挖掘机电液伺服系统中存在复杂耦合非线性、模型不确定性,以及外部载荷不确定性等因素,都会造成挖掘机轨迹跟踪误差大,导致电液伺服系统的动态性能差。针对这一问题,提出了一种基于互联和阻尼分配(IDA)框架的反演控制器,以提高挖掘机工作装置在挖掘任务中的跟踪性能,并加强其鲁棒性。首先,利用先导阀、阀控非对称缸和阀控非对称缸模型构建了电液伺服系统的状态空间模型,并进一步基于哈密顿理论将该状态空间模型构造为具有扰动的三阶开环端口哈密顿系统(pH)。根据从pH系统中获得的互联矩阵和阻尼矩阵结构,逐步设计了虚拟控制信号,得到了控制律;然后,构造了一个匹配方程,以简化在其他系统上的设计和计算过程,并将期望的能量函数作为候选李雅普诺夫函数,根据李雅普诺夫稳定性定理证明了闭环系统在期望轨迹上的收敛性和稳定性;最后,以挖掘机铲斗及其电液伺服系统为对象,采用数值仿真实验验证了基于IDA框架的反演控制算法的轨迹跟踪性能。研究结果表明:在不考虑模型不确定性的情况下,所提出的控制器与其他三种控制器相比,在位置控制上的收敛速度可提高1.9%~6.3%;在轨迹跟踪上可保持优秀的收敛速度,且最大跟踪误差降低70%~81%;在模型不确定和时变负载的情况下,所提出的控制器与其他三种控制器相比,面对冲击时的最大跟踪误差仅增加0.004 m,调节所需控制输入降低4%~20%。这表明上述控制算法具有更优秀的综合跟踪性能和更强的鲁棒性。

油缸孔隙式粘滞阻尼器理论与性能试验

首先研究了双出杆油缸孔隙式粘滞阻尼器的构造，讨论了不同类型粘滞流体的特性；然后，在幂律流体本构关系的基础上，建立了相应粘滞阻尼器阻尼力计算模型；设计制作了一个油缸孔隙式粘滞阻尼器，并进行了详细的性能试验，通过试验结果的统计分析。

磁流变液体的研究与应用

磁流变液体 (MRF)是最有发展前途的智能材料之一 ,它可以看成电流变液体 (ERF)的磁模拟。MRF和ERF都具有磁流变性质 ,可以一瞬间改变其流变性质 ,并且这个变化是可逆的 ,不需要温度变化。因此MRF和ERF都具有良好的可控性和电控机械能力 ,并且在某些重要的实际性能上MRF要强于ERF。研制了气 MR阻尼缸 ,对气缸的行程和速度实现了任意连续无级控制和精确调节 ,便于实现自动化 ,提高运动的平稳性和精度。介绍了磁流变 (Magnetorheology ,MR)液体的流变性质、数学模型、工作特点、应用前景 ,以及自行设计的气

舱段自动装配位姿求解方法研究

在航天器自动化总装过程中需首先确定航天器舱段在装配空间内的准确位姿,为实现舱段位姿的快速精准求解,以圆柱体类航天器舱段结构为例,提出了一种矢量位姿求解法。通过在舱段的圆柱面上合理布设特征点,利用阻尼最小二乘法求解舱段连体坐标系原点在装配空间内的位置矢量,并结合空间圆柱面方程求解舱段连体坐标系的旋转矩阵,进而求得舱段的6个位姿参数。对矢量位姿求解法进行数值仿真,仿真结果验证了该方法的有效性和准确性。

阻尼槽型连续供油配流副润滑机理的数值模拟

建立了阻尼槽型连续供油配流副油膜形成的数学模型。该数学模型用于描述配流副中油膜的运动变化规律和工作介质在阻尼槽、通油槽中的压力、流量特性及分布规律。在数学模型中考虑了配流副高、低压对油膜形成和变化产生的影响。通过该数学模型可以得出压力、温度对配流副油膜厚度、泄漏流量等润滑特性参数的影响规律。对不同工况下配流副油膜的形成进行仿真分析,结果表明在其他工况不变时,油膜厚度随压力和温度的增加而减小,配流副泄漏流量随压力和温度的增加而增大。

三缸发动机悬置系统设计方法的研究

以直列三缸发动机为研究对象,分析了曲柄连杆机构的旋转惯性力、往复惯性力及缸内气体压力对缸体产生的不平衡力和力矩,并与四缸、六缸发动机受到的不平衡力和力矩进行对比。分析了三缸机的几种常见平衡方法(曲轴加平衡重、一阶平衡轴机构和二阶平衡轴机构)下,作用于缸体上的不平衡力和力矩。在三种典型的平衡方式(完全不平衡,50%平衡和完全平衡)下,计算并对比了每种情况下缸体受到的不平衡力矩和悬置的动反力。建立了三缸发动机悬置系统固有频率、能量分布及悬置动反力的设计要求,提出了三缸发动机悬置系统的优化设计方法。给出一计算实例,对悬置的刚度进行优化设计,表明了所建立的方法的有效性。

圆柱涡激振动研究进展与展望

圆柱涡激振动广泛存在于机械工程、海洋工程等诸多领域,研究者们取得了许多研究成果,而系统综述圆柱涡激振动的论文距今已近10 a,因此,有必要对近10 a的研究进展进行系统分析。文中系统地总结了近10 a圆柱涡激振动研究成果,阐述了圆柱涡激振动的尾流模态和其对应的响应分支之间的因果关系,分析了影响圆柱涡激振动的关键因素(如质量比、阻尼比和雷诺数)对涡激振动响应的影响,介绍了圆柱涡激振动最大响应振幅的曲线拟合公式及其局限性,最后对圆柱涡激振动的研究方向提出建议。

两个垂直圆柱在水波中的水动力相互作用

基于线性势流理论研究了两个垂直圆柱在水波中的水动力相互作用．两个圆柱中的一个固定在底部，另一个铰接在底部且可以在入射波方向以小振幅振动．本文研究了绕射波和辐射波，运用加法定理得到了每个圆柱表面速度势的简单的解析表达式，用级数形式显式表示了圆柱上的波浪激励力和力矩及振动圆柱的附加质量和辐射阻尼系数．级数的系数由代数方程组的解决定．给出了一些数值例子以说明诸如间距、圆柱的相对大小、入射角等各种参数对一阶力、定常二阶力、附加质量和辐射阻尼系数以及振动圆柱的响应等的影响．

小直径附加圆柱对圆柱涡激振动抑制的参数优化

采用基于迭代嵌入式浸入边界法对后方对称布置两个小直径圆柱的单圆柱涡激振动进行了数值模拟研究,对涡激振动抑制进行了参数优化。雷诺数和圆柱直径比分别为Re=100和d/D=0.125,其中D和d分别为大、小圆柱直径。通过改变控制角度(θ)、主圆柱与小圆柱的间隙比(G/D)、小圆柱旋转角速度和旋转方向(α)和阻尼比(ζ)确定的最优控制参数组合为θ=25°、G/D=0.125、α=-2.2和ζ=1.02。小圆柱的旋转角速度和旋转方向对圆柱振幅有一定的影响,其中内向反转会进一步抑制圆柱的振动,外向反转则恰好相反。随着阻尼比的增加,圆柱振幅先增后减,但影响程度较小。

方柱绕流粒子图像测速试验与数值模拟

采用粒子图像测速设备PIV(particle image velocimetry),进行了雷诺数为2.2×104的方柱绕流试验,与公认的采用LDV(laser doppler velocimetry)的试验结果吻合较好,验证了本风洞中PIV试验系统的有效性.在进一步的比选中,通过计算方柱的阻力系数和斯特劳哈尔数以及流场的速度剖面和湍动能剖面,比较了几种常用湍流时均模型的计算结果与试验结果的差别.结果表明,采用基于剪应力传输的湍动能—耗散率模型(k—ωSST),能够得到与试验吻合较好的计算结果.

横向振动圆柱体在流体中的动力学特性

根据文献报道的圆柱体在无限域流场中横向振动时受到的流体作用力解析表达式,通过归纳定义和无量纲化处理得到了代表圆柱体在流体中动力学特性的无量纲动力附加质量和无量纲动力附加阻尼表达式,又通过分析各种因素对动力附加质量和动力附加阻尼的影响,研究了圆柱体在无限域流场中横向振动时的动力学特性。研究发现,圆柱体在流体中的动力学特性主要表现为动力附加质量和动力附加阻尼,而没有动力附加刚度,动力附加质量和动力附加阻尼均由反映流体流动滞流特性的滞流项和反映流体流动湍流特性的湍流项两部分组成,在不同流动状态下二者在总和中所占的比例不同,滞流主导状态下滞流项占主导,湍流主导状态下湍流项占主导。进一步分析表明,流体密度、流体粘度、圆柱体半径及圆柱体振动频率均对圆柱体在流体中的动力学特性有重要影响。

两层流体中振荡水平圆柱潜体水动力特性

研究了有限深两层流体中水平圆柱潜体的振荡辐射问题。在线性势流理论框架内,建立求解辐射势的多极展开理论,提出附加质量和阻尼系数的计算方法,进行了数值计算分析,并且与均匀流中的情况进行比较。结果表明,在圆柱潜体的某个振荡频率范围内,流体的分层效应对其附加质量和阻尼系数是有重要影响的。同时,对水平圆柱潜体振荡产生的自由面和内界面波动特性进行了数值分析。

透空式双排圆筒防波堤消波性能数值模拟研究

双排圆筒防波堤是一种新型透空式防波结构,具有结构形式简单、利于水体交换、生态环境友好等优势,适用于软土地基海域的后方防护。双排圆筒防波堤利用前排桩、后排桩和后排挡浪板形成复杂的波浪掩护作用。为了研究该新型防波堤结构的消波性能,采用开源计算流体力学软件OpenFOAM,建立基于有限体积法和VOF模型的三维数值波浪水槽,开展了不同布置情况工况下的数值模拟。模拟结果表明,双排圆筒的消波性能受到前后排间距、前排圆筒间距等布置参数影响,模拟工况双排圆筒消波率在34%~50%。

正交直墙前直立圆柱振荡问题的研究

应用镜像原理 ,将正交直墙前单个圆柱在静水中的振荡问题 ,转化为 4个对称布置圆柱在静水中的振荡问题 ,由此应用速度势的特征函数展开法 ,建立了正交直墙前直立圆柱振荡问题的解析解。通过数值计算研究了圆柱与正交直墙间距离大小、水深等因素对附加质量和辐射阻尼的影响。计算结果表明 ,正交直墙前圆柱上的附加质量和辐射阻尼将明显增大 ,且随着波数的变化而发生振荡 ;