软体排沉排水流结构与排体动力特性数值模拟

针对软体排沉排施工时容易出现撕排和断排的问题,本文基于k-ωSST湍流模型,采用分区耦合算法对顺水沉排过程进行双向流固耦合模拟。分析了不同水流条件下绕流流场、涡流结构与排体动力特性,并结合室内水槽试验验证模型计算精度。结果表明:水流流经排体后发生流动分离,导致沿排宽中轴线形成对称的回流区。排体迎水面流速随水深增加呈指数型递增,排体后方高速尾流带的最大流速相较平均流速可增大40%~50%。当雷诺数增加,主体涡流结构由靠近床面侧逐步向水面处发展。此外,排体所受应力沿横向呈条带状分布,峰值集中于排体与翻板交界处及排头梁附近。研究结果可为完善排体结构设计、改进沉排施工工艺提供理论指导。

红外偏振辐射模型对铬和铜元素的优化识别

针对优化激光诱导击穿光谱技术识别铬和铜元素的问题,本文提出了一种结合红外偏振检测理论的方法。利用菲涅尔反射定律和基尔霍夫理论分析了红外偏振产生机理,根据能量守恒定律验证了目标红外自发热辐射的偏振特性;利用红外偏振辐射传输模型及菲涅尔反射穆勒矩阵,结合温度的麦克斯韦-玻尔兹曼分布特性,推导出了等离子体红外偏振辐射信号模型,用于识别各激发能量下的重金属元素;利用5种不同能量的脉冲激光验证了模型的精准性。结果表明:在相同的激光能量下,红外偏振辐射光谱可以收集到更多的特征信号峰;在低能量激励下,红外偏振辐射光谱的优势更为突出。红外偏振辐射模型的构建是科学有效的,可用于优化重金属元素的快速检测。

“华龙一号”非能动安全壳热量导出系统研究

为了避免类似福岛核泄漏事故的再次发生,各国在第三代核电机组的设计中,考虑采用非能动安全技术。非能动安全壳热量导出系统是我国“华龙一号”最重要的非能动安全系统之一,是实现最高核电建设标准的重要保障。本文主要从系统方案设计、内部换热器热工水力特性分析、系统综合性能实验和安全壳热工水力耦合特性实验等方面对非能动安全壳热量导出系统研究工作进行了总结,介绍了所开展研究的主要内容、所建实验装置的概况和得出的主要结论。上述理论分析和实验验证表明:所开发的非能动安全壳热量导出系统的排热能力远大于设计要求。

轴-艇耦合系统自由振动特性建模与分析

为了探究水下航行器结构间的振动传递规律,本文基于能量变分原理,以梁-组合壳作为轴-艇耦合系统结构的简化,建立理论计算模型并对其自由振动特性进行分析。引入改进傅里叶级数构造梁结构及组合壳结构的位移函数,得到各自结构的动能和应变能;分别利用耦合弹簧组和边界弹簧组将结构之间的位移连续条件和边界约束条件转换为对应的耦合弹簧势能;对系统能量泛函进行变分求解,得到耦合系统的固有频率及模态振型。通过与有限元软件的对比,验证了本文计算模型的准确性,并对不同壳体边界条件下耦合系统固有频率变化规律进行计算分析。研究结果表明:耦合系统低频段存在解耦模式,振动模态可等效于刚体结构上的多跨梁弯曲振动;壳体边界约束增强会导致耦合系统大部分固有频率随之增大并最终趋于稳定,但不会对解耦模式的固有频率产生影响。

适用二维切割体网格的THINC/QQ算法扩展研究

为了扩展基于二次曲面和高斯积分的双曲正切函数界面捕捉算法THINC/QQ的单元适用类型,本文将适用切割表面式非结构单元的THINC/QQ-SF算法原理应用于二维切割体网格。在进行界面重构时,先将带悬挂点的复杂单元虚拟简化为常规的四边形或三角形单元;而在计算流体体积流量时再考虑各单元的真实拓扑结构。针对典型流体体积对流和溃坝算例,本文设计了一系列二维切割体网格,并验证了所用扩展方法的可行性。研究表明:与高分辨率界面捕捉HRIC算法相比,二维THINC/QQ-SF算法的计算精度更高,能有效抑制多相流界面发生大变形时的流体体积数值耗散。

基于海底基准的中远程PNT定位导航技术及验证

针对海底基准中远程声学定位导航的声线翻转修正困难引起的有效声速获取不准和长传播延时引起的静态模型近似误差问题,本文依据射线声学理论和长基线定位原理,研究了一种中远程声学定位导航方法。该方法根据先验深度信息对翻转声线进行声线跟踪修正,并构建目标运动轨迹、速度联合解算模型以补偿静态模型近似误差,实现动态目标中远程高精度定位导航。中远程海底基准系统海上性能验证结果表明:以超短基线定位结果作为外符合真值对系统和本文方法的性能进行评估,目标在距离海底基准20 km处达到了16.87 m的定位精度,满足中远程高精度定位导航需求。

异构船舶编队航行的研究现状与技术展望

随着航运业智能升级和降本增效的需求日益增大,如何在减员增效的目标下最大限度提升船队运力成为主要挑战。以异构船舶编队航行为特征的编组运输是重要的解决途径之一。随着科学技术的不断进步,基于单船的少人化、自主化得到了广泛关注,以多船编队为核心的应用开始崭露头角。现有船舶编队研究大多停留在以小型无人艇为对象的同构编队理论研究上,在实际货运场景下,船舶存在特征参数、动力特征、智能等级、控制方式等方面的显著差异,形成了异构船舶的主要特性,致使现有编队理论缺乏实际可行性。为了实现异构船舶编队航行,通过分析异构船舶编队的应用场景,提出以提升运输效率、改善营运成本、降低碳排放为核心的异构船舶编队策略,深入探讨异构特性问题,分析异构船舶编队控制的难点问题,阐明了异构船舶编队实现的必须条件。

环向加筋夹层圆柱壳体应力计算方法

针对环向加筋夹层圆柱壳体的应力计算问题,本文提出内、外壳板纵向力计算模型,建立了环向加筋夹层圆柱壳体在外压载荷作用下的应力解析计算方法,计算结果与有限元结果吻合较好;以10%误差(解析应力值与有限元值的偏差)为衡准,初步提出该方法的适用条件;同时系统探究了各形状参数对环向加筋夹层圆柱壳体关键位置应力的影响规律。为超大潜深新型耐压结构设计提供理论基础。

潜航器水声通信导航定位一体化技术进展

为了改善潜航器通信和导航定位作为独立载荷时在信息交互、带宽利用率、资源限制等方面的劣势,研究了基于水声的通信导航定位一体化技术。借鉴雷达一体化的发展历程;通过梳理水声通信导航定位一体化的研究成果,结合声呐应用背景,分析了声呐一体化的发展趋势;针对潜航器集群中的基础问题,研究了系统结构的一体化和信号体制2个关键点;最后,在潜航器多用户集群编队、水下测控和靶场建设2个方面进行了应用展望。通过分析阐述,可为未来声呐技术向集成化、一体化发展提供新方法和新思路。

三聚氰胺改性阳极对海泥电池性能的影响

为了提高海底沉积物微生物燃料电池的输出功率,本文对胺改性阳极产电性能进行研究。利用三聚氰胺改性方法在阳极表面引入含氮官能团,并在600℃热处理,制备一种掺氮改性阳极。相比于空白组,三聚氰胺改性阳极表面细菌附着量提高4.6倍,循环伏安电容量提高3.8倍,电子转移相对动力学活性提高7.7倍。改性阳极构成电池最大输出功率密度为67 mW/m^(2),是空白组的2.4倍,长期输出电压稳定在790 mV左右。该改性阳极制备方法简单易行、成本低,为海底微生物燃料电池阳极设计与开发提供了新思路。

高铁连续梁桥BIM参数化建模及其工程应用

为进一步提高建筑信息模型技术在桥梁施工中的应用水平,本文建立了一种高铁连续梁桥参数化快速建模方法,并以连徐高铁新沂河特大桥为工程背景,充实了桥梁关键构件及施工机械的参数化族库,实现了桥梁整体模型的快速集成。以高铁连续梁桥预应力孔道放样和满堂支架施工为例,进行了建筑信息模型技术的工程应用研究。结果表明:建立的高铁连续连桥参数化建模方法显著提升了桥梁结构及施工机械的建模效率;基于桥梁建筑信息模型可以提高预应力孔道放样的精准度、优化满堂支架方案的表达效果和工程量计算效率;研究成果可为高铁连续梁桥的施工管控提供有益参考和技术支持。

水下航行器艇体形状对阻力及流噪声综合影响

艇体形状同时影响水下航行器的快速性和隐身性两大重要性能。为了探究艇体形状对阻力以及流噪声的综合影响规律,本文应用Myring方程确定了不同头部形状、艉部形状,以及平行中体长度的艇型,基于CFD方法应用Realizable k-ε湍流模型对不同艇型的阻力进行计算,并应用大涡模拟湍流模型结合FW-H方程对不同艇型的流噪声进行了计算。结果显示在流速、艇体长度、长宽比等条件相同时,头部形状中等饱满,艉部外凸,平行中体长度小的艇体阻力以及流噪声小。计算结果可对水下航行器的形状设计提供一定参考。

小型强化内燃机燃烧室爆震流场及波致疲劳模拟

为了研究小型强化内燃机燃烧室在爆震工况下的可靠性,本文以小型强化内燃机热力学系统简化模型为基础,建立了燃烧室内热力学参数之间的数值关系。基于Rover K16内燃机模型,采用有限元模拟燃烧室爆震现象,对活塞进行热-机耦合仿真,预测活塞进行爆震工况下的寿命。通过改变缸内空燃比,得到了不同工况下的缸压曲线,验证了爆震激励实验。研究结果表明:爆震的发生没有使应力超过活塞的强度极限,但大幅度增加了活塞的应力及变形值,而且改变了活塞的危险点位置。活塞顶面外缘压力最大,达到210 MPa,远超过燃烧室中心高压区域的初始赋值。最先发生破坏的位置在活塞顶面中心、活塞内腔交界处及第1气环处,计算得到内燃机可连续运行249398 km,达到规定里程22万km。本文方法能够有效模拟爆震冲击波对活塞寿命产生的影响,对小型强化内燃机爆震工况下的寿命预测起到指导作用。

不同螺旋桨配置对重型破冰船推力的影响分析

为了对比分析不同螺旋桨配置对重型破冰船推力的影响,本文基于已有重型破冰船螺旋桨布置方案,针对3种重型破冰船主参数方案分别提出了两桨以及功率比为1∶1∶1和1∶2∶1的三桨布置方案,并以常规螺旋桨的系柱状态替代破冰船破冰工况,计算不同螺旋桨直径、桨叶、螺距、布置以及功率分配下考虑和不考虑空泡的正车系柱推力,对比分析计算结果得出:考虑空泡时系柱推力平均降低11%,螺旋桨最大直径下三桨功率分配为1∶2∶1时正车系柱推力降低最严重;重型破冰船在螺旋桨最大直径下三桨功率分配为1∶1∶1时正车系柱推力最大。

大跨悬索桥塔梁纵向位移控制阻尼器病害分析

为研究沙坝对沿岸流不稳定运动特征的影响,本文以某跨长江悬索桥为工程背景,结合现场观测与监测数据分析了该桥纵向阻尼器的病害机制及治理措施。本文描述了阻尼器发生的螺栓断裂、销轴滑出和耳板折断等病害;结合桥塔与主梁连接处的横桥向与竖向实测相对位移分析了阻尼器病害的发生原因,并据此进行了改进设计与更换;根据桥梁健康监测系统记录的塔梁纵向相对位移,对比分析了阻尼器更换前后的工作性能。结果表明:该桥塔梁连接处横桥向和竖向相对位移最大可达25 mm和60 mm;塔梁间较大的相对位移使得纵向阻尼器的两侧耳板受力不均衡,进而导致阻尼器发生销轴滑出、耳板失效等病害;阻尼器改进包括构造措施和强度措施。

带PEC柱钢板剪力墙抗侧刚度的分析

为了解决带部分外包混凝土柱钢板剪力墙的边缘框架与钢板剪力墙之间的刚度匹配问题,本文对边缘框架和钢板剪力墙抗侧刚度进行理论计算,采用叠加的方法给出了带部分外包混凝土柱钢板剪力墙结构在单向荷载作用下各阶段的抗侧刚度。通过Abaqus软件建立8组不同钢板厚度的有限元模型,分析了不同钢板厚度对整个结构抗侧刚度的影响,并设计了一榀1/3缩尺的带部分外包混凝土柱钢板剪力墙试件,对其进行单向加载试验,将试验结果、理论计算和有限元模拟得到的抗侧刚度进行对比。结果表明:通过对结构抗侧刚度理论计算值、有限元模拟值和试验值的对比,3个值的误差均在10%以内,验证了理论推导的公式的正确性;得出内嵌钢板的高厚比在350~560内,带部分外包混凝土柱框架的约束可以充分发挥钢板剪力墙的抗侧性能。

多层特征融合及兴趣区域的花卉图像分类

为了提高模型识别效率,本文提出基于兴趣区域的多层特征融合的花卉图像分类方法,并有效应用于梅花细粒度图像分类。通过提取兴趣区域和多层特征融合强化图像特征,使用全局平均池化层替代Flatten层。采用联合均匀分布的交叉熵损失函数,提升了分类准确率。实验结果表明:此方法在标准数据集Oxford Flowers 102的分类准确率为93.57%,在梅花数据集Plum Flowers 17的分类准确率为85.47%。此方法通过融合多层图像特征,能够消除背景噪声的干扰,具有通用性。

规则波中船舶骑浪运动条件及失稳特性分析

针对船舶在规则波中纵荡运动稳定性问题,本文基于非线性动力学方法研究船舶骑浪运动的动力特性,建立了纵浪条件下船舶纵荡运动方程。以某内倾船为例,分别采用梅林科夫方法和龙格库塔方法求解纵荡运动方程。通过梅林科夫函数阈值图,得到船舶发生骑浪运动的速度临界值。基于数值计算,分别绘制船舶骑浪时和未骑浪时的时历曲线和运动相图,并分析骑浪失稳特性;以螺旋桨转速为分岔参数作船舶骑浪运动分岔图,分析了船舶骑浪运动的失稳条件。结果表明:当波幅较大时,船舶发生骑浪运动的螺旋桨临界转速降低。当船速与波速相近时,若波陡足够大,船舶容易发生骑浪现象。

编码成像MLEM互补算法的参数优化

为了提高编码近场成像质量,本文对最大似然期望最大化法互补算法的参数进行优化选择。采用最大似然期望最大化互补算法消除近场成像伪像的原理,利用Geant4程序模拟研究了不同位置^(137)Cs单点源通过修正均匀冗余阵列(19×19)嵌套编码孔的成像结果,并利用参数选取对成像质量的影响。选取合理的修正参数进行理想迭代次数与源项位置关系式的拟合并验证。结果显示:伪像主要由源项在探测器上投影的不均匀性造成的,相关成像性能明显优于传统δ解码成像法,相比于源项所在极角,极径对于迭代参数的选取影响更大。