基于波数积分的点声源海底地震波计算方法研究

将舰船地震波简化为液固多层半无限空间低频点声源引起的地震波动问题,基于波数积分方法,通过FFP数值积分求解了海底表面声压、位移和加速度幅值,得到了海底表面声压、位移和加速度的频率特性曲线.对硬质和软质两种海底条件下远场海底地震波信号特征的分析结果表明:随频率增大,海底表面声压的传播损失逐渐增加;软质海底的位移、加速度总体上比硬质海底大;和硬质海底相比,软质海底更有利于声源较低频率成分的传播.     

高阶交错网格有限差分法的地震波场数值模拟

基于地震波波动方程和有限差分法,针对多种不同的复杂地质模型,进行高阶交错网格地震波场模拟仿真研究.首先对地震波波动方程原始形式进行推演,得到一阶速度应力弹性波方程,然后用时空二元高阶交错差分网格的方法对其进行离散化,最后对三层背斜模型、断层模型和含油模型进行了数值模拟实验,获取相应的波场快照和地震道图像进行对比分析,并讨论了差分阶次对于仿真精度的影响.仿真结果表明：算法计算精度准确,计算效率高,适合于模拟非均匀介质、复杂构造和复杂地质体的地震波场.     

含倾斜夹层场地动力响应的大型振动台试验研究

为了研究含倾斜夹层场地在地震作用下的动力响应及为可能的场地加固提供指导,基于大型振动台模型试验,研究了含倾斜夹层场地在El Centro地震波作用下的加速度、应变及位移响应特征,同时通过频谱分析讨论了夹层对场地稳定性的影响,并用拟静力分析得到场地的启动临界加速度及场地的稳定系数. 试验结果表明:夹层对于加速度峰值存在明显的削弱效果,加载地震波峰值越大,削弱程度越大,同时基岩中加速度放大系数呈现“量级饱和”特征;夹层处应变峰值最大,当加载地震波峰值大于0.33g时,场地平台与斜坡拐角下基覆中存在另一峰值,应变形状呈现“W”形;夹层对20 Hz附近频段的傅里叶幅值有一定的削弱作用,同一土层反应谱卓越周期基本一致,不同土层反应谱差别较大,夹层处（0.31 s）卓越周期大于基岩（0.19 s）与基覆处（0.21 s）;拟静力分析显示0.33g时场地的稳定系数为3.16,强风化带启动的临界加速度为1.42g.      

脉冲型近场地震波反应谱的阻尼调整系数分析

阻尼调整系数定量描述了阻尼比对结构地震响应的影响,与地震波频谱特征等相关,用于从低阻尼比反应谱推算高阻尼比反应谱.本文以近场脉冲型地震波为对象,研究其反应谱阻尼调整系数的规律并建立计算公式.选取50条脉冲型地震波并提取出等效低频脉冲,考虑0.05~0.50之间13种阻尼比,计算得到地震波、等效脉冲的反应谱和各自基于5%阻尼比的阻尼调整系数.研究结果表明,结构周期与地震波脉冲周期比T/Tp在0.5~1.2内,提高阻尼比对位移、速度和加速度响应都有降低作用且减震效果最明显,等效脉冲与实测地震波的阻尼调整系数接近.对加速度、速度和位移谱分别拟合,得到了0.5T/Tp1.2范围内考虑脉冲周期Tp影响的阻尼调整系数评价公式.     

海底溢油输移扩散的可视化数值模拟系统

为直观研究溢油在复杂水下环境中的动态行为,设计和开发一套海底溢油可视化数值模拟系统(SIMPACT-SOS).系统由数值模型、数据库和图形界面构成,具有地理信息系统(GIS)应用平台、数值建模分析、溢油数值模拟等专业功能.应用算例表明,SIMPACT-SOS系统可为海底沉船溢油、海底输油管道泄漏、海洋石油钻井井喷等水下污染事故的风险评估、应急决策及损害评估提供理论和技术支持.     

高速列车表面气动噪声偶极子声源分布数值分析

以Lighthill方程为基础,采用边界元法并与计算流体动力学相结合,对高速列车表面气动噪声偶极子声源进行数值分析,以获得高速列车表面气动噪声偶极子声源分布.探讨了不同车速工况下列车车身表面气动偶极子声源的强弱及其分布特征,在此基础上对基于表面气动偶极子声源的列车外部气动声场进行了数值分析.研究表明:列车运行速度为270 km/h、频率为2.5 kHz时,声压级在90 dB以上的气动偶极子声源主要分布在车底转向架附近,其最大声源声压级约97 dB,是高速列车主要的气动噪声源区.     

水声传播的高斯波束跟踪方法研究

分析了高斯波束跟踪方法计算水声场的理论,综合其数值实现时的初值确定以及一种海底反射系数的计算方法.针对接收器位于界面附近时声场计算值偏小的问题,分析了其原因并引入和运用虚射线概念,给出了一种改进的算法流程.结合数值算例进行了仿真分析,并与kraken的计算结果进行了比较,在实例所用海洋声速剖面环境和声源接收器几何配置下,二者都具有较好的一致性.结果表明,改进算法能较好地解决上述接收器位于界面附近时声场计算值偏小的问题.     

导热系数对寒区隧道温度场时空分布的影响

寒区隧道温度场对其抗防冻设计至关重要，围岩和支护结构的导热系数对温度场时空分布具有显著影响. 以寒区公路运营隧道为计算模型，采用理论推导、现场实测、数值仿真等方法对寒区隧道温度场的时空分布受导热系数的影响规律进行了研究. 研究结果表明:在任意时间点，变温圈内各点的温度均随支护结构导热系数的增大而降低，且支护导热系数越大，同位置处的温度降低速率越小；在任意时间点，支护温度随围岩导热系数的增大而升高，围岩温度随其导热系数的变化呈现分区性；可将围岩变温圈分为Ⅰ区和Ⅱ区:Ⅰ区内的各点温度随围岩导热系数的增大而升高；Ⅱ区内的各点温度随围岩导热系数的增大而降低；时间越长，Ⅰ区和Ⅱ区分界线的斜率和截距越大. 研究成果可为寒区隧道的抗防冻设计及选线提供借鉴和参考.      

高速列车转向架区域气动噪声源的特征识别

为了创建高速列车气动噪声源识别方法，以气动声学基本波动方程为基础，将高速列车气动声源等效为无数微球形声源组成，利用声辐射和流场物理量之间的关系，并结合高速列车气动数值仿真技术，建立了高速列车偶极子声源和四极子声源的识别方法，从全新的角度对某高速列车头车气动噪声源进行识别；基于涡声方程声源项特征，进一步揭示了偶极子声源和流场流动的关系.研究结果明确了高速列车主要偶极子和四极子声源的强弱和分布特征，表明了气流的直接撞击和分离现象是产生声源的主要原因，头车及转向架区域气动噪声源以偶极子声源为主；偶极子声源强度较大位置出现在边沿较为尖锐的地方，在绝大多数情况下流体经过时涡量急剧增加，成为其形成强声源的主要原因.     

地震荷载下无碴轨道桩网路基的动力响应分析

利用有限元软件ANSYS建立桩网结构路基模型,同时结合郑西客运专线实际工况,加载1976年宁河天津地震波,对桩网结构路基的地震动力响应进行数值模拟,并对动力响应的结果进行分析.     

浅海地震波传播的简正波模型

应用简正波理论，阐述了一般分层浅海的声场传播问题，并计算了在弹性切变海底条件下的声传播问题，分析了在浅海海底表面传播的地震波传播效应．对声场的理论计算表明，该方法较为准确地预报了浅海声传播的传播损失．     

船舶进出港低速航向保持

为了在船舶进出港时,船舶处于浅水域并以低速航行,在风、浪等强扰动作用下,增强航向控制性能,减小能源损耗,选择三阶Nomoto模型,将航速和水深变化反映到模型参数的变化上,基于闭环增益成形算法设计出一种具有适应性的鲁棒PID控制器,建立基于风、浪干扰的非线性船舶运动数学模型,并用S函数来实现。用PID控制器对非线性船舶运动数学模型进行控制,在Simulink环境中对各种水深、船速及海况进行航向控制仿真。从仿真曲线可看出其航向跟踪效果良好,静差为0,且施舵合理,所设计的控制器对非线性船舶运动数学模型具有良好的控制性能。     

基于SRC-CAD系统的水下土工布施工工艺研究

水下土工布施工是海上疏港公路路堤施工的先行工作,在海底涂面铺设过程中面临着海底地形不明确、海上船只定位难以及海底水流造成土工布的漂浮或折叠等问题,其施工质量和进度严重制约着疏港公路路堤施工后续工作的开展。基于SRC-CAD计算机辅助系统的海底地形云图显示技术和海上定位技术,结合已有的施工方案对水下土工布施工工艺的关键问题进行深入研究。研究结果表明:利用海底地形云图显示技术能为土工布铺设前的海底清理、整平等工作提供依据;采用边铺边压碎石的方法能最大限度地减小土工布受海底水流的影响。     

Experimental Investigation into the Effect of Roll Amplitude on Roll Damping

An in-house large eddy simulation(LES) code has been developed in the previous study. In order to validate the code for simulation of roll motion, effect of roll amplitude on forced roll damping is experimentally investigated in a circulating water channel at Shanghai Jiao Tong University(SJTU). KRISO very large crude carrier 2(KVLCC2) is taken as a target ship, and a model with a scale of 1 : 128.77 is manufactured. Tests are carried out for the ship model at shallow draft with frequencies around its natural roll frequency, where natural roll frequency is attained via free roll decay. Six forced roll tests with roll amplitudes ranging from 1?to 4?are performed experimentally, and three forced roll motions are simulated with the in-house LES code for middle section of the ship model. Discrepancies between the computed roll damping coefficients and the ones from forced roll tests are quite small. By means of particle image velocimetry(PIV), velocity fields in the vicinity of the ship model, and generation and evolution of vortices near the ship bilge are measured in detail. It is shown that roll amplitude has a significant effect on the vortex behavior, and therefore on the magnitude of roll damping coefficient. Further experimental and numerical investigation into roll motions with large amplitudes is planned.     

多孔沥青混合料的声学性能评价

多孔沥青混合料的吸声性能对降低轮胎/路面噪声有重要影响,为此采用驻波管按1/3倍频对多孔沥青混合料(PAC)、沥青玛蹄脂碎石(SMA-13)和密级配沥青混合料(AC-13)的吸声频谱进行了测试,研究分析了级配类型、空隙率、试件厚度及表面纹理构造对混合料吸声性能的影响.?试验结果表明:PAC混合料的空隙率较大,其吸声频谱...     

Numerical study on bank effects for a ship sailing in shallow channel

A numerical study on bank effects in shallow channels is carried out by using a first-order Rankine source panel method. A container ship sailing along a vertical bank and a sloping bank at different forward speeds, different water depths and different distances between the bank and the ship hull is taken as example. The sway force and yaw moment acting on the hull are calculated and the influences of the speed, water depth and distance between the bank and ship hull on the hydrodynamic force and moment are analyzed. This study can provide insight into the bank effects, as well as to give guidance on ship manoeuvring and control in restricted waterways, which is helpful to the navigation safety.     

用面元法预报船舶的兴波阻力及波型

采用基于开尔文源的面元法求解航行于均匀流场中的船舶兴波问题．在船体湿表面上布置开尔文源，使其严格满足船体表面条件．数值计算中，首先采用分部积分对被积函数进行简化处理，然后采用高斯积分实现面元和线元上的积分，避免了被积函数为高频振荡函数所带来的数值计算的复杂性和不确定性．计算结果表明，其波型及兴波阻力系数与试验结果和其他数值方法相比均吻合较好．     

基于NURBS高阶面元法的浅水船舶兴波阻力计算

实现了一种船舶兴波阻力和兴波波形的数值计算方法，将CFD与CAD技术联系在一起，应用NURBS曲面造型技术将船体曲面表达为统一的数学模型，使性能计算的真实物面条件得以满足，应用高阶面元法数值模拟单、双体船在浅水航道中定常直航状态下的兴波阻力与兴波波形，并与瑞典ShipFlow软件的计算结果进行比较分析，表明该方法是可行的．     

Prediction of hydrodynamic forces on a moored ship induced by a passing ship in shallow water using a high-order panel method

A three-dimensional high-order panel method based on non-uniform rational B-spline (NURBS) is developed for predicting the hydrodynamic interaction forces on a moored ship induced by a passing ship in shallow water. An NURBS surface is used to precisely represent the hull geometry. Velocity potential on the hull surface is described by B-spline after the source density distribution on the boundary surface is determined. A collocation approach is applied to the boundary integral equation discretization. Under the assumption of low passing speed, the effect of free surface elevation is neglected in the numerical calculation, and infinite image method is used to deal with the finite water depth effect. The time stepping method is used to solve the velocity potential at each time step. Detailed convergence study with respect to time step, panel size and Green function is undertaken. The present results of hydrodynamic forces are compared with those obtained by slender-body theory to show the validity of the proposed numerical method. Calculations are conducted for different water depths and lateral distances between ships, and the detail results are presented to demonstrate the effects of these factors.