非定常空化涡旋结构演化及压力波机制的研究

压力波机制是空化流动机制的一种,压力波的产生和传播是空化不稳定的重要来源。基于可压缩流体求解器和分离涡模拟(detached-eddy simulation,DES)研究了三维水翼空化流动。结果表明,压力波是由先前脱落的云空泡溃灭产生的,其传播过程会导致片状空泡的收缩和水翼表面高压力脉冲。压力波的产生会强烈扰乱涡旋的运动,水翼表面上的稳定涡旋结构被卷起,并且被小尺度涡旋结构所替代。采用动力学模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)方法分析流场特征,压力波效应和附着片状空泡的演变占据了流场的主要能量。

基于改进T-B法的宽带高斯过程疲劳损伤分析

针对宽带高斯随机应力过程造成的疲劳损伤问题,本文提出一种基于改进Tovo-Benasciutti(T-B)法的疲劳损伤频域分析方法。通过不同参数形式的功率谱进行时域的疲劳损伤分析,针对T-B法中的关键参数bTB提出一个新的非线性函数模型。与原T-B法相比,新提出的函数模型bMTB可以考虑S-N曲线斜率参数m的影响,并以此为基础提出基于改进T-B法的疲劳损伤分析方法。以时域的雨流计数法结果作为基准,分别采用参数化功率谱和真实响应谱进行数值试验,并与现有的多种宽带高斯疲劳损伤分析方法进行对比,验证本文所提出的改进T-B法的准确性和适用性。

船舶结构运行模态参数辨识研究(英文)

运行模态分析是仅基于结构运行状态下的响应来提取结构模态参数的一种方法,通常假设环境激励为白噪声进行分析。实际上,船舶航行过程所受激励十分复杂,不能简单地假设为白噪声激励,由主机和螺旋桨等产生的确定频率激励同样存在。因此,航行中船舶所受激励可以假设为白噪声和简谐激励同时存在。进一步讨论了运行模态技术在船舶结构振动分析中应用的可行性和前景。研究使用带阻数字滤波技术滤除激励中的简谐成分来提高结构真实模态的辨识精度。讨论了自互功率谱密度法,并研究使用此方法提取同时受白噪声和简谐激励作用的简支梁的模态参数。实验结果表明该方法能够较准确地识别出同时受白噪声和简谐激励的结构模态参数。这对于分析航行中船舶有害振动结构的模态特征,并实施有效的减振优化措施具有很广泛的实际意义。

基于降阶模型的水下结构振动主动控制仿真及实验研究

基于降阶模型对水下结构振动的主动控制进行了仿真及实验研究,并取得了较好的抑制振动的效果。基于结构在可压缩流体加载下的无阻尼实模态矩阵建立了水下结构的降阶模型,由于维数的降低,进而能够设计出相对简化的主动控制系统,减少传感器和作动器的数量。通过线性二次型最优控制和结构主动变刚度控制两种方法对水下结构振动进行了主动控制仿真,均使结构振动有所下降。仿真结果显示线性二次型最优控制能够降低结构振动的峰值,而结构主动变刚度控制能够将结构的固有频率按照需要进行改变。还通过水下平板振动主动控制模型实验,验证了主动控制技术对水下结构的减振效果。

分析水中结构自由振动的三维附加质量矩阵法

船舶总体振动分析需考虑对船体外部水的影响。通过建立水域三维有限元模型进行计算或者先计算出附加质量后,加入到结构质量中进行计算。随着有限元技术的发展,船舶大都采用三维有限元建模。传统方法,例如刘易斯附加水质量法,虽然考虑到纵向变形,但确没有忽略船体横剖面的变形,因而不够准确。采用三维边界元方法,考虑水中结构振动的三维效应,计算三维附加质量矩阵,并对水中结构振动进行分析。结果表明,水中结构振动是三维变形,应该采用三维附加质量矩阵进行振动分析。

钢板移动式感应加热的多场耦合数值分析

针对钢板的感应加热弯板成形问题,利用ANSYS软件的物理环境法建立了钢板移动式感应加热的电磁-热-结构耦合分析的数值模型。为了实现移动加热的模拟,采用节点约束方程解决了钢板、感应器和空气间隙组成的求解域的多场耦合问题,数值计算结果与实验数据吻合,验证了数值模型的正确性。然后,对钢板感应加热过程进行了数值分析,得出结论:感应加热过程中,涡流集中分布于感应器前端的钢板金属,有利于钢板快速升温,并迅速进入准稳态加热状态;在加热结束时,磁通密度外扩形成感应加热过程所特有的端部效应,从而影响钢板端部的温度分布及最终的板边变形。

规则波中船舶复原力和参数横摇研究

为研究规则波中船舶复原力变化规律及其对参数横摇的影响,首先,基于切片理论求解出船舶无横倾时在波浪中时间序列垂荡和纵摇运动,确定出波面与船体的相对位置;其次,利用三个坐标系之间的转换关系进而确定规则波中船体各横剖面左右舷与波面瞬时交点,求得各浸水剖面面积;然后对波浪压力沿船长湿表面积分,得出规则波中船舶复原力的Froude-Krylov部分。同时,利用作用在横倾船舶上的辐射力和绕射力,求出规则波中船舶复原力辐射力和绕射力部分。在复原力计算的基础上,确定一个参数横摇模型,实现波浪中参数横摇计算。以一艘集装箱船为例,研究了规则波中复原力变化以及参数横摇规律,复原力变化幅度是影响参数横摇的一个重要因素。

斜浪群波中船舶复原力和参数横摇研究

为研究斜浪群波中船舶参数横摇及其与复原力变化的关系,基于切片理论,计算了船舶无横倾时在斜浪群波中时间序列垂荡和纵摇运动,确定出波面与船体的相对位置.利用3个坐标系之间的转换关系,求解斜浪群波中船体各横剖面左右舷与波面的交点,确定各浸水剖面瞬时湿面积.基于规则波中复原力计算公式,提出了Froude-Krylov假说下的群波中复原力计算方法.同时,利用作用在横倾船舶上的辐射力和绕射力,求出斜浪群波中船舶复原力之辐射力和绕射力部分.在复原力计算的基础上,确定一个参数横摇模型,实现斜浪群波中参数横摇计算.以一艘集装箱船为例,研究了斜浪群波中复原力变化以及参数横摇规律,结果表明斜浪群波中会发生参数横摇现象,且复原力变化幅度是影响参数横摇预报的一个重要因素.

点蚀损伤船体结构板的极限剪切屈曲强度研究

腐蚀损伤导致船体结构板的极限承载能力大幅度下降。文章采用腐蚀体积描述板的点蚀损伤程度,模拟船体结构板的点蚀损伤形态,在点蚀损伤板模型中变化板的厚度、点蚀数目、点蚀直径以及点蚀分布等要素,实施系列有限元数值模拟计算,在进行理论分析的基础上,采用统计学方法,建立了点蚀损伤板极限剪切屈曲强度的评估方法,得到了点蚀损伤板极限剪切屈曲强度的计算公式。从而确立了基于腐蚀体积的点蚀损伤船体结构板极限剪切屈曲强度的评价技术,可为在役海船点蚀损伤后的安全性评估提供有效的技术手段。

斜浪长峰不规则波中船舶复原力变化计算

基于切片理论,先求解出船舶无横倾时在斜浪长峰不规则波中的垂荡和纵摇运动,确定出波面与船体的相对位置,再利用三个坐标系之间的转换关系,提出了任意斜浪长峰不规则波中船体各横剖面左右舷与波面一组或多组交点的求法及各浸水剖面面积的通用计算法;同时基于规则波复原力计算公式,提出了Froude-Krylov假说下的斜浪长峰不规则波中复原力计算公式。最后以一艘集装箱船为例,研究了其在斜浪不规则波中复原力变化,计算结果表明船-波相对位置是影响斜浪长峰不规则波中复原力变化的一个至关重要因素。

基于顶部张紧式立管动力分析的关键参数研究(英文)

文中提出了一种适用于工作于南中国海张力腿平台(TLP)的顶张紧式立管(TTR),并利用有限元软件ABAQUS/AQUA对该立管进行了模拟分析,计算用以预测立管波浪飞溅区和立管下部区域在波浪以及平台联合作用下的影响。计算时采取时域计算方法,计算过程中考虑了几何非线性的影响。并在计算完成TTR在位动力分析的基础之上,做了一定量的参数敏感性分析,重点考察立管侧向位移,弯矩以及等效应力水平对TTR一些重要参数的敏感性。结果表明,计算顶张力TTR动力分析时,必须考虑平台侧向位移跟轴向位移的耦合作用,立管响应受其顶部TLP平台以及张力比TTF的影响较大。随着立管顶部张力比TTF的增加,立管的变形逐渐变小,但顶部张力的增加同时增加了立管内部的等效应力,立管设计时应充分考虑到这两者之间的"平衡"关系。

分层脉冲激光焊接实验教学研究

为了深入理解激光焊接方法的特点和工艺参数对温度场的影响规律,在焊接实验课中引入高能束焊接方法激光焊,并通过调整分层脉冲波形实现了对焊接温度场的控制。完成了殷瓦钢的脉冲激光焊接实验,采用红外热像仪测量了焊接温度场,采用有限元法计算了焊接温度梯度和焊后冷却速率。实验结果表明,预热脉冲能够有效降低焊接温度梯度和焊后冷却速率,随着预热脉宽的增大,焊接温度梯度和焊后冷却速率降低,而焊接热裂敏感性则先减小后增大。

波浪上方飞行二维地效翼的非线性分析

针对二维波浪上方飞行的非定常二维地效翼进行了非线性分析.通过对二维奇点在规则波上方运动的Green函数的推导,利用离散涡方法解决了二维波浪上方飞行的非定常地效翼的升力问题.针对不同的几何参数和波浪参数对升力系数进行了研究.通过与定常情况的对比,验证了方法的有效性.

焊接残余应力的非接触无损测量实验

焊接残余应力是降低焊接接头力学性能的主要因素之一,传统的残余应力测量多采用破坏性方法,如盲孔法,测量精度低、重复性差、人为影响因素多。X射线衍射法是非接触式无损的应力测量方法,测量精度高、数据稳定性好。学生采用X射线衍射法完成了焊接残余应力的测量实验,结果表明随着与焊缝距离的增大残余拉应力的峰值降低,热处理和超声波处理都能够有效地降低焊接残余拉应力,甚至能够把焊缝表面的残余拉应力转变为压应力。实验有助于学生了解焊接残余应力的基本分布规律,从而深刻理解焊接过程的特点,取得了较好的实验教学效果。

基于降阶模型的结构声耦合系统的极点配置（英文）

基于结构声耦合系统的降阶模型实现了水下结构振动和声辐射的极点配置。文中的降阶模型可完全基于结构声耦合系统的振动响应通过实验来获取,可以不需要形成或知道结构的质量阵、阻尼阵、刚度阵和流体的声阻抗矩阵。以水中板结构的振动和声辐射为例使用同位的传感器/作动器布置采用输出反馈控制对流体加载下的板的固有频率和阻尼进行了配置,并对不同的控制构型进行了分析和讨论。数值模拟结果表明基于降阶模型进行水下结构振动和声辐射的极点配置是可行的。

火工矫正焊接变形实验的参数设计及计算

为了研究氧—乙炔火焰矫正焊接变形的参数设计方法,完成了T型结构的焊接变形火工矫正实验及计算。结果表明:焊后底板发生挠曲变形,挠曲发生在相邻的两个筋板之间;底板自由边的变形量最大;筋板厚度相同时底板厚度越小,则筋板之间的底板和底板自由边的挠曲变形量越大。根据焊接热输入量计算氧—乙炔火焰参数的设计方法是可行的,由此计算出的氧-乙炔火焰参数能够基本消除T型结构的挠曲变形。

基于重叠网格的风力助推转子绕流研究

利用风力助推转子辅助推进在实际工程中广泛应用,但以往的研究多局限于低雷诺数和单圆柱的范畴。本文基于重叠网格技术研究亚临界雷诺数范围内串列双圆柱体绕流,寻找合适的转速比实现航行器辅助推进。研究结果表明,旋转圆柱体产生的横向力可以为航行器提供辅助动力。然而转速比较大时,上下游圆柱产生的横向力差距变大,这对航行器的航向稳定性不利。要消除这种不利的影响,下游圆柱体需要更大的转速比才能平衡这个扭矩。随着转速比的增加,旋转圆柱体的尾涡由交替脱落转变为无明显的漩涡脱落,上游圆柱体对下游圆柱体的影响逐渐削弱。

基于模态模型的水下薄板声辐射响应变异性分析

利用不考虑流体附加阻尼的流体加载结构的模态矩阵结合固有频率和模态阻尼比建立了求解水下结构振动响应的模态分析模型,并将单自由度分析模型应用于水下结构辐射声功率的变异性计算。分别计算了板厚度变化和板上集中质量分布变化时的声辐射响应变异性,并与采用有限元-边界元耦合方法得到的结果进行了比较。数值计算结果表明:基于模态模型的单自由度分析方法仅通过固有频率的变异性即可估计出辐射声功率的变异性,在结构固有频率的扰动范围给定时,通过绘制包络线可以预报辐射声功率的扰动范围。

夹层结构模型假设对振动和声传输特性影响研究

不同模型假定下夹层结构的声振特性各不相同。基于Reissner模型和Zig-Zag模型位移场假设,分别建立了两种复合材料夹层板有限元动力单元模型,并通过推导的模型编制了计算程序,采用子空间迭代法求得了其固有频率和固有振型,采用混响声场声传输理论计算了传声损失,并对夹层板的动力特性和声传输特性进行了数值模拟研究,同时还考虑了夹层结构面板与芯板的厚度比和弹性模量比不同时各种模型的适用范围。

船用螺旋桨叶片振动辐射噪声数值分析

螺旋桨噪声是舰船水下噪声的重要组成部分,它会影响舰船的隐身性能。螺旋桨水下噪声可分为流体动力噪声和叶片振动辐射噪声。本文计算研究了螺旋桨叶片振动辐射噪声,首先采用CFD方法对螺旋桨敞水特征进行模拟,提取螺旋桨表面的压力波动作为外部载荷;再利用有限元方法对螺旋桨进行振动响应分析;最后以振动响应作为声辐射边界条件,利用边界元方法计算了螺旋桨的振动辐射噪声。