波浪中的螺旋桨水动力性能数值分析

传统的螺旋桨水动力性能研究主要针对静水条件,但船后工作的螺旋桨经常会受到波浪的影响.从文献情况来看,目前与波浪中螺旋桨水动力性能相关的研究工作相对较少.有鉴于此,采用基于OpenFOAM的雷诺平均NS(RANS)求解器,计算、分析波浪对螺旋桨推力及转矩的影响.研究结果表明:在波浪的作用下,螺旋桨推力及转矩的时间历程曲线发生振荡,且随着浸深与进速系数减小,水面扰动变大,时历曲线的振荡幅度增大;与静水条件相比,在浸深与进速系数相同的情况下,波浪中螺旋桨推力及转矩的平均值减小;计算结果与现有的试验数据吻合良好.

复合材料夹芯板反复冲击损伤累积特性实验研究

本文采用INSTRON 9350落锤冲击试验机进行了碳纤维增强复合材料PVC泡沫夹芯板反复冲击加载实验,得到了冲击力-时间、冲击力-位移曲线以及复合材料损伤试验图等,研究了反复冲击载荷下复合材料夹芯板动态响应与损伤累积演化机制。研究结果表明,反复冲击载荷作用下复合材料夹芯板不仅会导致动态变形与损伤程度不断累积,而且还可能产生损伤模式演化。随着反复冲击次数的增加,复合材料夹芯板结构弯曲刚度逐渐降低,结构出现明显的弱化现象。

周期性舰船夹芯板弯曲波带隙与减振降噪研究

[目的]旨在研究轻质夹芯板弹性波的传播规律与减振降噪机理。[方法]采用有限元方法结合布洛赫定理,对周期性夹芯板色散关系与弯曲波带隙特性进行研究,分析振动传输特性和声传输特性,研究轻质夹芯板减振降噪特性,并对轻质夹芯板振动传递衰减特性进行实验验证。[结果]研究结果表明,由于布拉格(Bragg)散射调制作用,轻质夹芯板在特定频段存在弯曲波带隙,弯曲振动带隙频率范围内具有良好的减振降噪效果。[结论]轻质夹芯板结构参数对弯曲波带隙具有显著的调节作用,为舰船结构振动噪声控制与声隐身设计提供了新的技术途径。

大尺度板架轴向压载荷实验加载系统仿真研究

为寻求轴向均布压载荷单独作用与表面载荷联合作用下大尺度板架轴向压载荷实验的最佳加载系统,以及研究加载系统与板架结构的相互作用关系,模拟搭接与焊接的2种板架与工装连接形式、单/双2种作动器数量和6种作动器基座尺寸,建立计算模型,并与理想轴向均布压载荷模型在结构响应、失效模式以及板架与工装的相互作用方面进行比较分析,揭示了大尺度板架模型结构响应随作动器基座尺寸的变化规律,发现针对所研究的板架结构,采用双动器400mm×400mm基座尺寸的搭接连接形式与理想状态的结构响应最为接近,各工况下失效模式一致,应力响应差异在–4.11%~–2.69%之间,x轴位移响应差异在1.32%~1.64%,z轴位移响应差异在2.49%~25.18%,极限承载力差异在–2.17%~0.69%。

基于海事规则和船舶操纵性的运动规划方法研究

文中提出了一种基于海事规则和船舶操纵性的运动规划方法.根据海事规则的要求,限制船舶转艏可行域.根据船舶推进器布局分析船舶操纵性能,并通过人工势场求取船舶转艏方向,采用计算势能的方式取代传统方法中计算合力的方式,计算船舶所需推力和转矩.将所求推力和转矩作用于船舶,得到一条包含速度和艏向信息的船舶运动轨迹.将并提出的方法与传统人工势场法进行仿真对比.结果表明:所提出的运动规划方法所规划的轨迹能够满足海事规则的要求,与传统人工势场法所规划的轨迹相比更加平滑,且满足船舶操纵性的要求,控制效果更好.

基于疲劳强度的双层底船体典型节点优化设计

结构疲劳破坏是造成船舶与海洋结构物的主要破坏模式之一,对于双层底船体某些结构形式,其疲劳强度问题尤为突出。选取某大型散货船为研究对象,依据整船有限计算结果以及大量文献调查,确定疲劳损伤部位,对船体双层底过渡区典型节点及优化后节点分别设计和开展缩比模型试验,综合试验与有限元计算结果验证了疲劳试验以及优化方式的可靠性,并采用D曲线与CCS《船体结构疲劳强度指南》对节点模型进行疲劳强度评估,结合疲劳试验结果进一步说明,该优化方案对双层底船体类似节点的结构设计具有一定借鉴意义。

约束空间爆炸冲击波高精度数值计算及实验验证

当爆炸发生在约束空间中时,冲击波的传播和演化特性将更加复杂,其对内部结构产生的毁伤破坏效应也更加严重。为了准确评估约束空间内的爆炸载荷,本文提出了改进的五阶WENO有限差分格式,并采用经典算例对其计算精度进行了验证,编写了三维约束空间内柱形TNT爆炸冲击波计算的数值程序。开展了约束空间内柱形TNT爆炸实验,采用本文程序对实验过程进行了数值计算,通过与实验数据的对比验证了数值计算程序的可靠性,在此基础上开展了约束空间爆炸载荷的影响因素研究。结果表明本文程序可快速准确地计算出约束空间内的爆炸载荷,为结构抗爆设计提供可靠的载荷输入。

船用复合材料螺旋桨水动力性能影响因素研究

采用流固耦合算法,就材料特性、纤维方向、桨叶侧斜和负荷大小对复合材料螺旋桨水动力性能的影响展开数值计算研究。研究结果表明,当材料的平面剪切模量较低、或桨叶侧斜角度较大、或桨叶负荷较大(低进速系数或者高转速)时,桨叶的扭转变形量及水动力变化较大。纤维方向显著影响复合材料螺旋桨的流固耦合性能。直接改变桨叶材料、纤维方向或侧斜角度时,复合材料螺旋桨在大部分工况下的敞水效率均低于具有同样几何形状的金属螺旋桨,其水弹性效率的提升有赖于更完备的设计方法。

船舶甲板结构稳定性实验与数值仿真研究

为了研究具有大开口甲板板架结构的稳定性问题,本文设计了含大开口的甲板板架模型,开展了其轴向受压稳定性实验,并采用非线性有限元软件ABAQUS对该模型的屈曲破坏过程进行了数值仿真计算,试验结果与数值仿真结果吻合较好.在此基础上,分析了导致结构屈曲失效的主要因素,为船舶甲板结构稳定性设计提供了参考依据.

纵向循环载荷下船体板极限强度实验及其数值分析(英文)

分析船体板在循环面内载荷下的极限强度特性,是开展船体梁循环弯曲下极限强度研究的基础工作,对于保障船舶的总纵强度安全具有重要意义。文中采用7个系列方柱模型模拟船体板构件,对其在轴向循环压缩下的极限强度进行了实验研究,并运用非线性有限元方法对实验模型进行了数值分析。研究表明,船体板一次性崩溃压缩极限强度是循环压缩载荷下船体板极限强度的最大值,基于一次性崩溃方法的船体梁极限强度的评估实际上可能偏于危险。该文所获结论对理解及进一步探讨船体梁在实际海洋环境的循环弯曲载荷下的极限强度有重要意义。

阻流板对规则波中船舶阻力及运动特性影响研究

[目的]旨在分析阻流板对规则波中船舶阻力及运动特性的影响。[方法]以一条半排水型方尾船为研究对象,基于RANS方法并结合重叠网格技术进行阻流板安装前后船舶在规则波中的阻力与运动特性数值仿真,总结船舶阻力、姿态与运动响应随波长与航速的变化规律。[结果]结果表明:阻流板在规则波中的减阻率比静水减阻率大1.03%~2.43%;阻流板对垂荡和纵摇传递函数的影响随着波长的增大而变大,λ=2L_(PP)工况下的垂荡传递函数T_(F3)和纵摇传递函数T_(F5)平均降低了3.5%和1.4%;当船舶出现甲板上浪时,阻流板可使T_(F3)和T_(F5)的降低率分别达到9%和3%。[结论]研究方法与研究成果可为船舶节能装置设计与性能预报提供技术参考。

北极冰下水平变化双声道波导声传播特性

针对北极部分海域中的双声道波导现象,研究了冰层覆盖下水平变化双声道波导中的声传播。使用微扰法推导并确定了粗糙下表面的冰层反射系数,结合Bellhop射线模型,计算并分析了实测海域中双声道波导水平变化时的声传播特性,并研究了声源深度、声源入射角以及声源频率对水平变化的双声道波导中声传播的影响规律。结果表明,在北极,深海声道中的声传播大多被限制在深海声道的上、下边缘之间;声源与水平变化的深海声道轴处于同一深度时声传播损失较小,当声源位于深海声道边界以外时,水平变化的声速剖面相比于水平不变时具有更低的声传播损失;入射角对双声道波导中声传播影响较小;随着声源频率的增加,表面声道中声传播损失也随之增大,但是对深海声道影响不明显,在相同频率下水平变化的声速剖面更利于声传播。

舰船加筋板结构的圆孔形穿甲损伤识别方法

[目的]舰船在执行作战任务时会受到导弹或炮弹的攻击,而穿甲损伤识别有其特殊性,对其进行专门研究具有重要意义。[方法]以舰船普遍存在的加筋板结构作为研究对象,首先,采用加筋板前3阶模态的固有频率作为特征参数的概率神经网络(PNN)对加筋板进行圆孔形穿甲损伤识别研究;然后,通过结合模态特征和加速度方差的结构损伤识别方法,解决固有频率的对称性识别问题。[结果]结果表明,所用方法对圆孔形穿甲损伤的定位和损伤程度识别效果良好。[结论]概率神经网络收敛速度快,易于在硬件上实现高度吻合的加筋板结构圆孔形穿甲损伤识别问题。

高速滑行艇阻力性能RANS计算中网格影响因素

为了准确预报高速滑行艇的水动力与阻力特性,本文基于RANS方法和重叠网格技术针对某50kn高速单体滑行艇的缩比船模阻力特性开展了数值计算研究。分析了网格类型、船体边界层网格分布、船体表面网格尺度、流场背景域网格加密等网格相关因素对艇底气水混合物分布、兴波形状、船体姿态以及船体阻力预报结果的影响,并与船模阻力试验结果进行了比较。通过研究认为:开展高速滑行艇的运动与阻力性能RANS预报时,网格因素对模拟高速滑行艇边界层流动、艇体周围湍流流动和兴波特性,以及预报艇底气水分布、艇体航行姿态与阻力性能具有显著影响。

船用蜂窝金属夹芯板重复冲击实验研究

蜂窝金属夹芯结构具有高比强度、高比刚度和高能量吸收性能,在船舶与海洋工程结构轻量化与碰撞冲击防护领域具有广泛的潜在应用价值。本文采用INSTRON CEAST 9350落锤冲击试验机进行了船用蜂窝金属夹芯板重复冲击实验,得到了蜂窝金属夹芯板结构塑性变形累积过程以及重复冲击载荷-位移曲线。研究结果表明:在重复冲击载荷作用下,蜂窝金属夹芯板结构上下面板弯曲变形逐渐增大,蜂窝芯层薄壁结构逐渐达到密实化;上面板主要表现为局部凹陷与整体弯曲的耦合变形模态,下面板变形模态经历了从整体弯曲到整体弯曲与局部凹陷耦合模式的转变过程;重复冲击能量及上下面板厚度分配对蜂窝金属夹芯板结构重复冲击动态变形累积及能量吸收性能具有显著影响。

多开口甲板板架结构极限承载力实验研究

[目的]为了研究多开口结构形式对甲板板架结构极限承载能力的影响,[方法]以2种不同开口形式的双层板架模型为研究对象,对其在轴向压缩载荷作用下的极限承载能力进行实验研究,对比分析双开口甲板结构和舷侧开口板架结构的失稳破坏模式及极限承载能力,得到多开口甲板板架结构在逐步崩溃过程中甲板各处应力的变化规律。[结果]实验结果表明:开口角隅处应力集中现象明显,随着轴向压缩载荷逐渐增大,开口中部甲板应力急剧上升,多开口结构最终均在最大开口的中部发生失稳破坏;甲板开口尺寸对结构初始轴向刚度的影响显著,舷侧开口结构则在弹塑性变形阶段对极限承载力的影响占主导地位。[结论]所提实验研究方法及结果可为此类甲板结构的设计提供参考。

“十”形防波堤消波性能试验研究

通过物理模型试验探究了规则波与"十"形防波堤的相互作用.试验时,将两块刚性薄板垂直拼接,固定于波浪水槽中,改变模型浸入水面以下深度、水波波陡、波长等参数进行系列试验.采用浪高仪测量模型前后波形,通过频域分析法处理数据得到相应波况下的透射系数,并与T形防波堤模型相比较.结果表明,堤后透射系数随波陡的增加而减小,随水平板相对板宽的增加而减小,随相对浸深的增加,先下降后上升,在相对浸深d/h=0.1时有最小透射系数.与T形模型相比,"十"形防波堤的消浪性能更优.

蜂窝夹芯板的抗高速冲击性能研究

为了研究蜂窝夹芯板在破片高速冲击下的防护性能,利用ABAQUS有限元软件对球型弹丸高速冲击夹芯板进行了数值仿真,研究了面板厚度、芯层高度、胞元壁厚和尺寸对抗冲击性能的影响,得到了不同几何参数的夹层结构其弹道极限速度和吸能情况.结果表明:与低速冲击情况不同,高速冲击下夹芯板损伤更为局部化,各部分的吸能贡献也有所改变,面板厚度对夹芯板抗冲击性能的影响比芯层的影响更为显著.最后以比吸能为主要指标得到了在高速冲击下能量效率更高的夹芯板设计尺寸.

基于近似模型的载重46000t油船阻力性能优化

以低速肥大型船的线型优化为研究对象,针对部分关键问题进行深入研究。将近似模型方法应用于船型优化工作,以使用有限数量的高精度CFD计算结果建立的近似模型来代替优化过程中复杂耗时的CFD数值计算,利用团队开发的船舶水动力性能多学科综合优化平台完成载重46000 t油船的线型优化,并进行验证。

导管桨水动力性能计算精度影响因素分析

为了研究导管桨水动力数值模拟过程中不同因素对其计算精度影响的规律,选择19a导管和ka 4K-70桨作为计算模型,通过求解RANS方程,分别对导管桨在进度系数j=0.3时,不同交接面位置、不同旋转域划分、不同计算外域划分和不同湍流模型的水动力性能进行数值模拟,并与已有实验值进行对比,探究不同因素对其性能计算精度的影响,同时分析了各自的流场特点。研究得出的相应结论,对今后的导管桨水动力性能的数值模拟计算起到一定的参考作用。