Numerical study on wave loads and motions of two ships advancing in waves by using three-dimensional translating-pulsating source

A frequency domain analysis method based on the three-dimensional translating-pulsating （3DTP） source Green function is developed to investigate wave loads and free motions of two ships advancing on parallel course in waves. Two experiments are carried out respectively to mea- sure the wave loads and the free motions for a pair of side-by- side arranged ship models advancing with an identical speed in head regular waves. For comparison, each model is also tested alone. Predictions obtained by the present solution are found in favorable agreement with the model tests and are more accurate than the traditional method based on the three dimensional pulsating （3DP） source Green function. Numer- ical resonances and peak shift can be found in the 3DP pre- dictions, which result from the wave energy trapped in the gap between two ships and the extremely inhomogeneous wave load distribution on each hull. However, they can be eliminated by 3DTP, in which the speed affects the free sur- face and most of the wave energy can be escaped from the gap. Both the experiment and the present prediction show that hydrodynamic interaction effects on wave loads and free motions are significant. The present solver may serve as a validated tool to predict wave loads and motions of two ves- sels under replenishment at sea, and may help to evaluate the hydrodynamic interaction effects on the ships safety in replenishment operation.

An Investigation of Stochastic Nature of Bed Load Motion in Chuanjiang River

Bed Load Motion and its transport rate is one of the basic issues in river dynamics.In this paper, the authors discussed the stochastic nature of bed load motion in Chuanjiang River in details.Chungjiang lies in the upstream reach of Yangtze River.Its stochastic nature is shown in the following four aspects.Firstly, even though all the conditions are the same,due to the fluctuation of the flow,the bed load discharge and the location and width of sediment transport belts are different.Secondly,during the ...

Incipient Motion of Bed Load Sediment and Its Application in the Three Gorges Hydro Project

A formula for the calculation of critical shear stress of non-uniform sediment was developed by on river bed has been established while considering the relative degree expose of grains.The values of the Coeffi- cients in the formula have been obtained.The formula has been verified with prototype observation data, flumes data of both nature and lightweight sand.The computed results fully reflect the characteristics of thresh- old motion of non-uniform sediment.The result have been used in some physical mo...

AUV Load Separation Motion with Constraint of Anchor Chain

Motion equations of AUV(autonomous underwater vehicle) load separation with the constraint of anchor chain is derived.Based on proper engineering assumptions for anchor chain,system viewpoint is used to found the motion equations,and the D'Alembert principle is used to eliminate the constraint force of anchor chain.Based on the equations,the motion simulation is carried out to a certain AUV,which reflects the actual condition,and is used for the reference of resrarching AUV load separation motion with the constraint of anchor chain.

列车作用下大跨径悬索桥纵向运动响应分析方法对比研究

随着我国铁路事业的发展,近年来设计和建造了一些大跨径铁路悬索桥。悬索桥属于典型的柔性结构,加之列车荷载大、运行速度快,列车过桥时加劲梁纵向运动问题突出。准确地计算出列车过桥时梁端纵向运动响应是进行悬索桥结构设计和梁端位移控制的前提。该文通过有限元仿真,采用4种不同的分析方法,对运行列车作用下大跨径铁路悬索桥纵向运动响应特征进行对比研究。首先,分别介绍移动静载法、移动荷载法、移动质量法、车-桥动力相互作用法的计算理论及其有限元实现方法;随后,以某主跨1060m铁路悬索桥为例,分别采用4种方法进行纵向运动响应计算;最后,对4种分析方法的计算结果进行对比分析。结果表明:大跨径铁路悬索桥纵向运动分析应考虑动力效应;通过移动荷载法、移动质量法及车-桥动力相互作用法分析得到的纵向运动响应接近;采用移动荷载法进行大跨径铁路悬索桥纵向运动响应分析可以简化计算且满足计算精度要求。

弯道路段货车复杂运动惯性荷载特性与机制研究

弯道路段货车运动惯性荷载具有显著的振荡冲击特性,基于车辆多体系统TruckSim动力学仿真方法结合货车荷载现场试验,定义了5类标准弯道类型和荷载特性表征参数,重点对弯道类型、半径、车速和驾驶行为等因素组合对运动惯性荷载的影响开展了研究。研究显示弯道路段货车运动惯性荷载具有分岔、多种运动模式和振荡效应等复杂特性以及偏载、荷载多向组合和冲击基本特性。分岔特性是弯道路段最重要的荷载特性,与车辆速度、弯道半径和超高存在复杂的耦合关系,且具有临界速度效应。弯道路段车辆存在侧向运动、侧倾运动和横摆运动等多种运动模式,并通过悬架弹簧诱发产生复合运动惯性冲击荷载,对于S型、同向型、反向型和广义型弯道存在纵向加减速、制动运动以及多次摇摆运动,且在出弯后荷载具有振荡效应。分岔行为、偏载和过大惯性冲击是诱发弯道路段过早复杂破坏模式和磨损的主要成因,并给出了荷载分岔计算方法、偏载、竖向和水平侧向冲击系数值域,以期为路面设计和管理提供支持。

下腰椎椎体在不同负荷下屈伸运动特点的分析

目的探索不同负重状态下直立位腰椎L_(3)、L_(4)椎体屈伸运动过程中体运动轨迹,分析负重状态下腰椎在体运动的规律和特点。方法招募2018年8月至2020年8月10名无症状的青年志愿者,使用双荧光透视系统DFIS与CT相匹配技术,经平扫CT获取L_(3)~S_(1)的图像进行三维重建。于放射线透视不同负重下0、5、10 kg完成下腰椎的前屈到直立到后伸动作获得X线影像,通过轮廓重叠实现二维到三维图像的匹配,还原下腰椎椎体的三维运动轨迹。结果下腰椎在前屈到站立位时:不同负重下腰椎椎体0、5、10 kg的X轴的运动位移分别为-1.05(-2.42,1.72)、0.63(0.15,4.26)、-0.39(-0.75,3.12)mm。X轴运动位移比较5 kg>10 kg>0 kg,差异有统计学意义(P<0.05)。γ角度分别为-0.26(-1.30,5.43)、0.93(0.24,5.42)、-0.95(-2.12,4.32)°。γ角度比较5 kg>0 kg>10 kg,差异有统计学意义(P<0.05)。下腰椎在站立到后伸位时:不同负重下腰椎椎体0、5、10 kg X轴的运动位移分别为0.90(-0.82,3.74)、-0.91(-1.55,4.26)、0.07(-0.92,3.25)mm。Z轴的运动位移分别为-0.25(-0.54,1.78)、0.40(-0.68,2.37)、-0.19(-0.92,1.03)mm。X轴运动位移比较0 kg>10 kg>5 kg,Z轴运动位移比较5 kg>10 kg>0 kg,差异有统计学意义(P<0.05)。α角度分别为0.91(-0.82,2.85)、-0.61(-0.14,3.79)、0.54(-0.82,3.87)°。γ角度分别为1.15(0.24,5.32)、0.92(-0.67,5.45)、0.65(-1.24,5.32)°。α角度比较0 kg>10 kg>5 kg,γ角度比较0 kg>5 kg>10 kg,差异有统计学意义(P<0.05)。结论负重5 kg下腰椎椎体在体运动的位移和旋转角度和0 kg相比差异有统计学意义,可能与腰椎退行性疾病有一定关联。下腰椎退行性疾病可能与X轴位移的关系更为密切。

跨断层工程结构研究中地震断层作用研究综述

强震断层地震动的破坏作用主要表现为断层破裂引起的方向性效应和断层盘间错动引起的滑冲效应。其中断层盘间的滑冲错动会使跨断层结构面临严峻的错断风险,是跨断层结构抗错断设计、分析和进行防灾减灾决策必须考虑的内容和前提。但目前有关跨断层工程结构设计地震动的确定尚缺乏统一的方法和规定。通过对近年来跨断层结构破坏机理研究中的输入地震动,尤其是模型试验中地震动的选取和加载方式的归纳与总结,分析了断层作用地震动选取和加载方法的特点与局限性。针对现阶段强震断层地震动选用和试验加载方式中存在的问题进行探讨,提出断层作用下设计地震动的选取思路和方法,以期为跨断层工程研究输入地震动的选用提供借鉴,也为强震断层地震动模拟方法的研究提供参考。

航天员舱外操作载荷分析的逆运动学建模方法

针对航天员舱外活动中操作动作对扶手和脚限制器约束点造成的载荷进行精细化分析。对失重环境下航天员的运动特点进行了总结,采用逆运动学算法对航天员上肢操作动作进行建模;引入运动耗能、关节角与施力能力的关系、航天服活动反力矩等条件作为冗余系统约束;并考虑身高、体重、工作位点距离等精细化因素对操作载荷的影响。对沿扶手行走和搬运大质量物体典型算例的分析表明,此方法利用最小耗能准则进行出舱活动复杂运动的逆运动学求解具有可行性,基于本方法分析模型精细化参数影响,分析了操作力和力矩载荷与航天员体重、身高和工作位点距离的关系,并可据此开展更加精确的出舱活动操作载荷预测,为有关结构设计提供参考。

海上热发射过程中发射船系泊布置方式研究

海上发射平台/船在进行热发射作业过程中,会受到火箭冲击和风、浪、流的联合作用。由于系泊系统的布置方式不同,海上发射平台/船的运动响应与系泊的应力状态均会受到影响,进而影响到平台/船-箭的安全,因此该文探究了多因素耦合作用下的海上发射船系泊布置方式,包括系泊点位置布置和系泊线长度变化对海上发射船运动响应和系泊应力状态的影响。研究发现将系泊点置于发射船水线以下以及适当增加系泊线的长度,将更加有利于海上发射作业的进行,为今后的海上发射船系泊系统布置提供技术参考。

浮式风机风载荷与浮式基础运动相互影响研究

本文定量研究浮式风机系统风载荷与浮式基础运动间的相互影响。建立了浮式风力机系统一体化耦合动力学分析模型,对比分析了风载荷对系缆力、浮式基础运动、机舱加速度的影响及浮式基础运动对叶片相对流速、叶片推力和发电功率的影响。结果表明,风载荷显著影响浮式基础纵荡/纵摇平均值,对其标准差影响较小;风载荷对系缆力的平均值和标准差都有一定影响,而机舱加速度受风载荷的影响并不大;浮式基础运动对叶片相对风速的标准差有显著影响,离轮毂越远位置的相对风速受基础运动影响越大,这导致浮式风机叶片推力和发电功率有很大波动。为保证平稳发电,对浮式风机控制设计时,需考虑浮式基础运动的影响。

往复摆动加载测试过程中的运动学分析

以工业机器人用减速器的摆动疲劳试验为例,利用Lagrange方法从理论上分析了单侧配重和对称配重两种加载单元在相同加减速运动规律下的运动学特性,并利用Adams仿真和摆动加载试验进行了评估。结果表明,基于Lagrange方法对加载单元产生的有效摆动加载扭矩的计算结果与仿真和试验结果基本一致。单侧配重在单位重量下可以产生更高的有效加载扭矩,从而在相同的有效加载扭矩下产生更小的倾覆载荷力。同时也表明在摆动疲劳可靠性试验中应用单侧配重加载单元更加科学合理。

浮式风渔平台水动力和气动力响应特性

浮式风机-养殖多功能平台(风渔平台)能够更加充分且高效地开发和利用深远海资源,但由于这种平台同时集成了浮式风机和大型网箱的装备模块,其力学特性将更为复杂。本文综合考虑了风、浪、流联合作用下风轮脉动风载荷及变速变桨控制、浮体波浪载荷和网衣系统黏性载荷,基于整体系统的水动-气动-控制一体化分析方法,研究了风渔平台的动力学响应特性,重点关注了不同海况下平台运动响应、锚链张力、浮筒连接钢结构截面载荷以及风机叶片气弹性响应,并评估了网衣对相关运动响应的影响规律。结果表明:风渔平台纵荡和纵摇主要包含低频慢漂和波频运动两个成分,随着海况愈发恶劣,波频成分响应逐渐增大;锚链张力与平台运动相关,其载荷主导频率与纵摇和纵荡运动规律较为一致;网衣对平台运动以及锚链载荷的影响主要集中在低频区间,多数情况下具有抑制效应;不同浮筒之间的截面载荷均以轴向力贡献为主,且波频成分占据主导地位,但迎浪侧两个浮筒受锚链载荷影响,其低频成分同样十分显著;风机工作时叶片弹性响应由风速与转速主导,而停机时该响应主要由纵摇和纵荡运动引起。研究成果为浮式风渔平台的结构安全设计提供了参考。

船型网箱运动-波浪场扰动-网衣受力耦合动力响应特性

船型网箱是一种由大型浮体、钢架、网衣系统及系泊系统构成的新型海洋养殖结构.大型浮体在波浪中产生的绕射和辐射作用会对波浪场产生扰动,进而改变网衣受力,这种相互作用此前还未被研究过.本文基于势流理论求得绕射波和辐射波在网衣周围波浪场的速度传递函数,同时采用莫里森方程求解计及波浪场扰动的网衣水动力载荷;对网衣水动力载荷与浮体运动不断迭代计算,实现计及网箱运动-波浪场扰动-网衣受力耦合效应的船型网箱动力响应分析;最后,研究了不同幅值的规则波下这种耦合效应对网箱运动、网衣张力、容积损失和连接器载荷的影响规律.结果发现:波浪场扰动对网箱运动和容积损失的影响不明显,但是会导致网衣张力和连接器载荷明显增大,这能够为船型网箱的结构强度校核及安全设计提供指导.

风浪与冲击载荷作用下海上火箭发射船运动响应研究

海上火箭发射船在海洋环境载荷与发射冲击载荷作用下将发生复杂的非线性运动响应,对火箭发射的安全性有着至关重要的影响。本文基于三维势流理论研究不同海况风浪与冲击载荷作用下某海上火箭发射船的运动响应特性,并分析船舶有无动力定位系统、发射点火时间的选择等因素对发射船运动特性的影响。结果表明:发射冲击载荷对船舶的纵摇运动影响较大,尤其是在风浪方向和船舶方向平行时,纵摇角较大;动力定位系统的存在会增加发射船的横摇角度;发射点火时间选择在发射船纵摇运动即将达到极值并折返的时刻,可减小发射船纵摇运动对火箭起飞姿态的影响。

地震响应下时程单元的逐段自适应算法

有限元求解运动方程时,按最大模控制误差的自适应步长算法,大都要求荷载是连续可微的函数,但是对于离散形式的地震荷载,会出现单元跨时段而导致算法不适用的问题。针对这个问题,该文提出了一种基于二分法调整步长的逐段自适应步长算法,可有效避免单元跨段的问题。该文中给出相关算例,验证了本法的有效性和可靠性。

高速重载大行程运动升降平台设计及实现

[目的]为满足恶劣海况下舰船的大幅运动模拟需求,开展高速、重载、大行程运动升降平台的研发工作。[方法]针对运动平台的重载、高速及变参数特点,基于Adams仿真平台对采用重量平衡、4钢缆同步伺服驱动的高速升降平台进行动力学仿真分析,提出一种基于模糊PID控制的多电机同步驱动控制系统,并基于控制特性相似原理研制了1∶14的缩比高速升降平台。[结果]通过平台的响应特性试验,验证了控制系统具有同步性强、控制精度高的优点,运动平台可以良好地模拟恶劣海况下舰船的升沉运动。[结论]所设计的重量平衡、4钢缆同步伺服驱动的高速升降平台可填补舰船大幅升沉运动模拟领域的空白,并对类似运动模拟器的研发具有参考意义。

面向惯性装填的输弹运动研究

为实现不同装填角度下弹丸的卡膛速度一致性和降低输弹运动的峰值功率,以提高输弹一致性和减轻动力系统负荷,根据惯性装填工作原理,运用非对称式S型速度规划方法调整输弹运动状态,并基于虚拟样机仿真建立了参数化的输弹运动模型。以弹丸的卡膛参数为约束,面向惯性装填建立输弹运动优化模型,以实现不同装填角度下弹丸的卡膛速度一致性及降低输弹峰值功率。采用多岛遗传算法和修正可行方向法组合优化策略求解优化模型,优化结果表明:优化后的输弹运动可实现不同装填角度下弹丸的卡膛速度一致性,且输弹运动峰值功率降低了14.9%,验证了该方法的有效性。

永磁无刷轮毂电机轮对系统同步工况下的协调控制策略

针对双轮毂电机在负载不平衡工况下转速同步精度不够及同步响应速度不快的问题,该文提出速度环补偿PID交叉耦合同步控制和电流环补偿PID交叉耦合同步控制策略。首先,建立双轮毂电机的数学模型,采用双闭环六步方波控制。基于该模型,采用速度环补偿PID交叉耦合同步控制代替单增益交叉耦合控制器,使转速同步调节精度提升。在两侧电机负载不平衡工况下,用电流环补偿PID交叉耦合控制方法进一步提升转速同步精度,同时加快同步响应速度,并兼顾了转矩精度。仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。

仿手工缝合勾线机构凸轮廓线设计及疲劳分析

针对应用于高速轻载环境下凸轮设计问题,以特种缝合设备珠边机的仿手工线迹缝合勾线机构工作过程为例,使用SolidWorks建立凸轮滚子机构基本模型,基于从动件运动规律利用反转法求解出从动件滚子中心点的运动轨迹,对比不同廓线的运动规律,生成正弦凸轮廓线,然后基于SolidWorks的Motion分析功能,对凸轮运动参数和实际廓线进行优化,并利用MATLAB对其运动性能进行分析验证;为了进一步提高凸轮的疲劳寿命,通过Workbench的Ncode模块,对凸轮建立动力学模型,建立了关于盘形凸轮的寿命优化模型,采用模拟退火算法对七次多项式曲线的系数进行优化,得到新的廓线模型,用Ncode模块计算其最小寿命提高到原来的14倍左右,验证了所提出的凸轮设计方法的优越性。