水下上弧形板结构的水动力特性研究

文章应用边界单元法,依据波浪绕射和辐射理论研究了一种新型的板式防波堤结构—上弧形板结构。研究中通过与另外三种板式防波堤结构(下弧形板结构,单板结构,双层板结构)的对比,验证了这一新型结构具有更好的消波效果。文中重点分析了这种新型结构的散射波浪力、透射系数和反射系数,并且为了进一步揭示这种结构的消波原理,对该结构周围的流场进了分析。研究发现:(1)上弧形板结构在横荡方向上所受波浪力最小。(2)当潜深波高比为0.05时,该结构的消波效果比其他三种结构增强约50%。(3)通过对上弧形板结构的速度流场分析,发现上弧形板结构上部有明显回流。

搅拌摩擦焊接中搅拌头的受力分析

采用基于固体力学的有限元方法研究搅拌摩擦焊接过程中,不同过程参数情况下搅拌头的受力情况。研究发现,搅拌摩擦焊接过程中搅拌头上应力的最大值发生在搅拌头前进方向上搅拌头与焊缝中心线接触点的附近,且vonMises应力的最大值随搅拌头平移速度的增加而增加,随搅拌头转速的增加而较小。搅拌头前方的接触压力较大,后方接触压力较小,后退侧的接触压力较前进侧大。搅拌头的不停旋转决定了搅拌头受到交变载荷作用,导致疲劳成为搅拌头破坏的原因之一。焊缝中心线附近的等效塑性应变和结构纹理呈现洋葱状结构。

水下平板式防波堤流场分析

潜在自由水面以下的水平单板可作为一种新型的防波堤形式。为进一步揭示板式防波堤结构的消波原理,文章以水下平板式防波堤为例,利用边界单元法对平板周围的流场进行分析。研究发现:其主要消波原理为利用板上部水体产生的板上逆流与入射波浪发生强烈作用,在板的两端产生消浪区,使得流体区域内的水质点运动速度减小。

半潜式采油平台波浪漂移力分析研究

对于半潜式采油平台而言,波浪漂移力是设计其锚泊系统的重要依据,文章依据波浪辐射和绕射理论,采用高阶边界元方法并考虑了半潜式采油平台几何形状的对称性,应用近场解法得到半潜平台6个方向的波浪漂流力。研究中还采用了在半潜平台直角边和角点处布置双重和多重节点的方法,该方法极大地提高了波浪漂移力的计算准确性和数值稳定性,特别是在高频波浪区域。

应变局部化分析中两类不同材料模型的讨论

特定情况下单相固体材料率相关模型与多孔介质中的渗流作用均对问题的动力应变局部化分析产生内尺度律效应,对两类问题基本解之间的关系进行讨论,给出了两类不同材料模型解之间的若干联系.

半潜式采油平台波动压力分析

本研究依据波浪辐射和绕射理论,采用高阶边界元方法并考虑了半潜式采油平台几何形状的对称性,得到了特征波向和波浪频率下半潜平台湿表面的流体波动压力分布。研究中首先将半潜平台有限元建模、运动参数计算以及边界元数据输出统一成一个有机整体,并在半潜平台的复杂直角边和角点处发展了双重和多重节点重置的新方法,该方法极大的提高了波浪压力分析的准确性和高频波浪计算的数值稳定性。

平板及立板式防波堤附加质量与阻尼系数研究

文章应用格林函数的方法对平板和立板两种基本型式的透空式防波堤的附加质量和阻尼系数进行了系统分析。研究发现:(1)附加质量在平板和立板无限接近自由表面时有负值出现。(2)板的厚度对计算结果的一致性影响较大,对于板式结构其计算厚度应尽可能薄。(3)板式防波堤结构的固定方式应采用水下布置。

水下平板式防波堤运动响应分析

文章研究了由两种不同材料组成的水下平板结构在入射波浪作用下的运动响应。研究发现:(1)两种材料组成的平板运动幅值变化趋势基本相同,质量轻的平板运动幅值较大;(2)在垂荡方向随着相对板长的增加,运动幅值变化较大,在KB/2=0.3有极值存在;(3)在横荡方向,运动幅值在KB/2≤1.0时,变化不大,当KB/2>1.0时,运动幅值迅速减小;(4)横摇时,随着相对板长KB/2的逐步增加,转动角度先增加后减小,在KB/2=1.2附近出现极值。

平板及立板式防波堤散射波浪力研究

文章应用边界单元方法研究了波浪与平板及立板两种防波堤结构的相互作用,揭示了这两种型式防波堤的散射波浪力与板的相对板厚、相对潜深及相对板长之间的关系。研究发现:(1)有效波浪力存在的前提条件是潜深小于0.5m并且板厚为O(0.005m);(2)水面和水下平板的垂荡波浪力为控制要素并有极值存在,横摇波浪力可以忽略;(3)水面或者水下立板的横荡波浪力为控制要素,并且横摇波浪力约为平板的20倍。

可渗透岛礁环境下的波浪运动研究

文章应用边界单元法,依据波浪绕射理论研究了潜淹没岛礁上的波浪运动问题。研究中分析了岛礁的渗透性、排布的数量、环礁泻湖的深度等因素对于岛礁消波作用的影响,获得了不同岛礁环境下波浪的透射系数、反射系数。研究发现,可渗透岛礁的消波效果比不可渗透岛礁差,且孔隙率越大,岛礁对于波浪的消波效果越小;单个岛礁对长波有明显的消波作用,而对中短波几乎没有影响;但随着岛礁排布数量的增加,岛礁群对于中波的消波效果增加;环礁的消波效果受到泻湖深度的影响,在一定范围内,泻湖的深度越大,环礁对于中短波的消波效果越好,但当泻湖深度达到一定数值后,继续增大深度,消波效果基本没有提高。

基于高阶Cauchy-Born准则的单壁碳纳米管本构模型

提出了一种基于高阶Cauchy-Born准则建立单壁碳纳米管本构模型的方法。通过引入高阶变形梯度,合理地修正了传统Cauchy-Born准则在描述纳米管变形几何关系时所存在的缺陷。利用原子间相互作用势以及能量等效原理,得到了基于广义连续介质模型的单壁碳纳米管的本构关系。由此得到的本构参数不仅与变形梯度张量F,而且与其梯度F相关,因此是一种广义连续介质模型。利用这样的本构模型,本文还对单壁碳纳米管的杨氏模量进行了预测,并与采用其他方法得到的结果进行了对比,从而证实了所提出方法的有效性。

半潜钻井平台辐射问题的高精度算法研究

附加质量和阻尼力是决定半潜式钻井平台运动响应的重要参数,该研究采用直交边界边配置多重节点的新方法去除积分边界的奇异性。研究中同时应用了高阶边界单元方法近似真实的空间三维复杂结构,依据波浪与结构物相互作用的辐射和绕射理论建立边界元积分方程,对ISSC型半潜式平台(Semi-Submersible)的附加质量和阻尼力进行了分析研究。研究表明多重节点与高阶边界元相结合的方法对复杂结构的水动力计算具有很高的精度。