水体流动时船舶航行横向受力数值模拟研究

针对传统船舶航行横向受力数值模拟存在误差的问题,提出基于水体流动的船舶航行横向受力数值模拟研究。通过设定海水湍流速度的分布,确定港口入口水流速度边界条件。通过划分船体底层表面区域来保证船舶底层表面光滑,确定船体底层表面光滑程度边界条件。结合模拟区域风向和风力边界条件,确定船舶航行横向受力边界条件。通过船舶航行横向受力数值模拟流程设计,实现了基于水体流动的船舶航行横向受力数值模拟。仿真结果证明,相比基于数据分析理论数值模拟方法,该方法船舶航行横向受力的数值模拟误差缩小了16.18 N,为船舶航行横向受力数值模拟提供了有利的科学依据。     

大型船舶在限制性航道航行时的航行阻力及减阻对策

为使大型船舶在限制性航道航行时达到较为理想的节能减排效果,根据船舶在航道中的水动力水池试验与数值模拟试验结果,结合船舶在限制性航道的水动力特点,分析船舶航行阻力的成因和分类,提出降低船体表面粗糙度、采用合理航速、采用纵倾优化技术等易于施行的减阻对策。     

不同类型层冰载荷作用下船首结构响应研究

由于北极地区冰情复杂,分布着大量无规则浮冰,因此极地运输船在航行过程中难免会与冰区浮冰发生碰撞,引起船体结构响应。本文基于Ls-dyna软件构建船水冰全耦合模型,对极地运输船舶与规则层冰和不规则层冰发生碰撞分别开展数值模拟,对冰厚和航速2种不同工况条件下的船首结构损伤变形及碰撞力均值进行对比分析。研究发现,不规则层冰载荷下引起的船体结构响应更为剧烈,碰撞力均值更大,为北极冰区运输船的航行安全提供了参考。     

沿岸航行肥大型船舶的流场偏移特性研究

以国际标准油船KVLCC2为研究对象,基于RANS方程,对其沿岸航行时在浅水与岸壁效应联合作用下船体周围黏性流场的变化特性进行数值模拟.对网格无关性和湍流模型进行验证,并将水动力和流场计算结果与试验值相对比,以验证数值方法的可行性.改变水深、船-岸距离和航速3个参数,计算对比周围流场的变化、船体表面压力的变化和伴流分数的变化,重点分析船尾伴流的偏移特性,给出桨盘处伴流分数的变化趋势和平均值.研究结果表明,随着水深和船-岸距离的减小,桨盘处伴流分数沿周向的分布呈不对称性;水深和船-岸距离同时减小会使桨盘处流场向岸壁偏移更明显;航速变化对流场偏移的影响较小.     

喷水推进装置降低船体阻力机理的仿真分析

通过对安装喷水推进装置的船体进行仿真分析,研究喷水推进装置降低船体阻力的机理。采用水动力仿真技术,对装有喷水推进装置WDJ120的12.9m铝制快速艇进行数值模拟,分析船体与喷水推进装置间的相互作用。仿真结果表明,喷水推进装置可降低船体的阻力,随着航速增加,阻力降低的效果更显著。船体阻力降低的机理主要在于喷水推进装置对船体产生垂向力,减小船体航行时的纵倾角,使船体阻力中兴波阻力分量的降低大于摩擦阻力分量的增大,从而导致船体总阻力的下降。     

30万t FPSO外加电流阴极保护系统设计

考虑到FPSO设计为30年不进坞,需要设计满足外板防腐要求的ICCP系统,按照规范计算经验布置艏艉两套ICCP系统,通过数值仿真软件建立三维模型后进行模拟分析,校核在作业期间ICCP系统输出的保护电流以及船体各区域保护电位值。按照数值模拟结果,对ICCP系统设计进行调整和优化,数值结果表明,简单按照规范计算得出保护电流后确定的ICCP系统,存在部分区域保护电流分布不均,出现过保护或欠保护的现象。基于规范计算结果,采用数值仿真软件进行ICCP系统设计模拟分析后,针对FPSO船体外形结构型式特点,通过艏、中、艉部区域配置不同型号辅助阳极,增大辅助阳极屏蔽层面积,能够让外板保护电流更加均匀分布,保持合理的保护电位。     

5万吨级半潜船航行耐波性

为更全面研究半潜船航行耐波性特性,以某5万吨级半潜船为研究对象,分别通过耐波性模型试验、实船试验和三维水动力数值模拟方法研究该半潜船在不同海况下的水动力运动响应,获得非零航速状态下船体垂荡、横摇、纵摇运动响应幅值(Response Amplitude Operator,RAO)响应曲线和两个参考点的垂向、横向加速度统计有义值。计算结果表明装载状态和浪向对该半潜船航行耐波性有较大的影响,实际营运中应避免相关不利因素造成的影响。此外,通过数值模拟与模型试验和实船试验的对比分析,验证数值模拟方法的可靠性,表明该方法可有效地预报半潜船航行耐波性,是半潜船货物绑扎分析有力的技术保障。     

冰-水耦合作用下船舶与浮冰碰撞动响应数值仿真研究

船舶在碎冰区航行时会受到浮冰的碰撞,为了准确模拟浮冰碰撞载荷作用下的船体局部结构承载特征,应当考虑碰撞过程冰-水耦合作用的影响。本文采用瞬态动力学分析程序MSC.Dytran对某水面舰船在碎冰区航行时受浮冰碰撞的动态过程进行数值仿真,得到了受浮冰碰撞下的船体结构响应、碰撞载荷及碰撞过程中的能量转化特征,对浮冰尺度、碰撞位置、舰船航速对船体结构响应及碰撞载荷的影响进行了分析并给出了相应的结论。本文研究工作对于碎冰区航行舰船的载荷确定及结构设计具有重要的参考价值。     

钢管桩牺牲阳极保护

以某大桥钢管桩牺牲阳极保护工程为例,介绍牺牲阳极保护系统保护电流密度的选取、牺牲阳极的选定及关键技术问题与处理措施,工程实施后测得钢管桩保护电位值均在设计保护电位范围之内,即-0.85～-1.10 V（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极）,钢管桩得到了有效保护。     

船体铝基牺牲阳极防腐蚀

为了尽量减少和防止船体金属的腐蚀,目前国外已广泛采用一种牺牲阳极法来保护船体。从六十年代中期开始,上海船厂就开始进行用锌基合金作为牺牲阳极的方法来防止船体腐蚀的试验,并取得了一定的成效。一九七五年,我厂又与上海交通大学协作,开展铝基牺牲阳极的试验工作,并且先后在“丹阳”、     

复杂结构阴极保护设计中电流屏蔽效应数值模拟仿真

复杂结构的阴极保护优化设计是实际工程中的一个难题,本文采用以边界元法为基础的数值模拟仿真技术,模拟计算潜艇上层建筑区域阻挡式和吸收式2类电流屏蔽效应的影响.研究结果表明,复杂结构阴极保护设计中结构电流屏蔽效应的影响随着遮挡物高度的变化而变化,当该遮挡物小于一定值后,阻挡屏蔽效应影响消除;气瓶等设备对保护电流的屏蔽效应明显,阻碍阳极提供保护电流.气瓶、高电位金属管路等设备与艇体间的绝缘措施良好时,不产生吸收式屏蔽效应;气瓶、高电位金属管路等设备与艇体结构间的绝缘措施失效时,将产生吸收式的屏蔽效应.对于潜艇上层建筑这种非常复杂结构阴极保护系统的设计,基于边界元法的数值仿真是一种有效的方法.     

毛里塔尼亚友谊港阴极保护翻新工程

介绍了毛里塔尼亚友谊港引桥及码头钢管桩原防腐系统达到设计使用年限后,在传统防腐保护方法的基础上,对腐蚀最严重的区域引进了PTC新型包覆防蚀技术。通过采取涂料、PTC包覆和牺牲阳极阴极保护三种防腐方法的有效结合,解决了水位变动区和海洋浪溅区部位腐蚀严重部位的涂料修复困难问题,保证钢管桩具有更长久、更全面、更有效的保护效果。工程实施后,保护电位测量结果表明钢管桩防腐保护效果良好,该工程设计与施工合理。     

舰船舷侧防护结构水下接触爆炸动响应分析研究

舰船舷侧防护结构在接触爆炸载荷作用下的动响应问题是舰船抗爆抗冲击设计的重要组成部分。根据国外水面舰船防护结构形式,在某单层舷侧舰船模型基础上增设舷侧防护隔壁结构,并应用国际上通用的动力有限元程序ABAQUS对其进行水下接触爆炸系列数值仿真实验,考核舷侧防护结构对舰船抗爆抗冲击性能的影响。通过结果的对比分析发现,增设舷侧防护结构后较明显改善了船体外板的损伤情况,且防护隔壁仅发生了少量的塑性变形没有产生破口,从而达到了保护内部机舱等重要舱室的目的,并以防护结构双层隔舱内填充液体抗冲击性能最佳。     

杭州湾某码头改造工程钢管桩牺牲阳极阴极保护

介绍杭州湾水域自然条件下,钢管桩实施牺牲阳极阴极保护所进行的保护面积与保护电流计算、牺牲阳极型号的选取、阳极的水下安装、阳极的性能检测与验收以及保护效果的检测等设计及安装情况。保护电位测量结果表明钢管桩阴极保护效果良好,该工程阴极阳极设计与施工合理,有关参数的选取可供杭州湾水域进行相关阴极保护设计参考。     

水面舰船流噪声数值预报研究与应用

在梳理流噪声数值预报方法的基础上,采用流场大涡模拟（large eddy simulation,LES）和声学边界元（boundary element method,BEM）方法在频域内计算预报了船体流噪声谱曲线,求取了其等效声中心.LES计算时选用动力学Smagorinsky-Lilly（dynamic Smagorinsky-Lilly,DSM）亚格子应力模型,流噪声由船体壁面脉动压力和法向速度特性决定,声源节点和声节点变量传递采用一对一的守恒传递方式.结果表明：某型船在航速14 kn时,裸船体流噪声在20 Hz~2 kHz频段内总声源级为133dB;当计算有效频段扩展到20 kHz时,总声源级达143.3 dB.流噪声主要来源于兴波引起的涡量,且主要集中于100 Hz~10 kHz频段.球首尾流区和船体尾涡区对流噪声辐射量贡献明显,特别是球首尾流区,对全频段都有明显的贡献,为水面舰艇流噪声研究提供了一条新的途径.     

海洋环境中Al-xZn-xMg三元合金牺牲阳极稳定性和极化电位变化（英文）

In this paper, the effects of zinc(Zn) and magnesium(Mg) addition on the performance of an aluminum-based sacrificial anode in seawater were investigated using a potential measurement method. Anodic efficiency, protection efficiency, and polarized potential were the parameters used. The percentages of Zn and Mg in the anodes were varied from 2% to 8% Zn and 1% to 4% Mg. The alloys produced were tested as sacrificial anodes for the protection of mild steel in seawater at room temperature. Current efficiency as high as 88.36% was obtained in alloys containing 6% Zn and 1% Mg. The polarization potentials obtained for the coupled(steel/Al-based alloys) are as given in the Pourbaix diagrams, with steel lying within the immunity region/cathodic region and the sacrificial anodes within the anodic region. The protection offered by the sacrificial anodes to the steel after the 7th and 8th week was measured and protection efficiency values as high as 99.66% and 99.47% were achieved for the Al-6%Zn-1%Mg cast anode. The microstructures of the cast anodes comprise of intermetallic structures of hexagonal Mg3Zn2 and body-centered cubic Al2Mg3Zn3. These are probably responsible for the breakdown of the passive alumina film, thus enhancing the anode efficiency.     

船体薄壁梁弯扭耦合振动的流固耦合分析

采用耦合有限元,边界元法计算水中船体的弯扭耦合振动.文中用一维薄壁梁有限元模拟船体梁,在横剖面处用二维边界元方法计算结构表面卢压,推导出表征流体对振动特性影响的附加质量阵,编制了用流同耦合方法求解船体振动模态的程序.通过与采用ANSYS软件进行耦合场分析以及刘易斯方法得到的振动模念相比较,验证了文中方法的可行性和应用性.     

能量耗散效应的多域边界元法(英文)

The wave diffraction and radiation around a floating body is considered within the framework of the linear potential theory in a fairly perfect fluid.The fluid domain extended infinitely in the horizontal directions but is limited by the sea bed,the body hull,and the part of the free surface excluding the body waterplane,and is subdivided into two subdomains according to the body geometry.The two subdomains are connected by a control surface in fluid.In each subdomain,the velocity potential is described by using the usual boundary integral representation involving Green functions.The boundary integral equations are then established by satisfying the boundary conditions and the continuous condition of the potential and the normal derivation across the control surface.This multi-domain boundary element method(MDBEM) is particularly interesting for bodies with a hull form including moonpools to which the usual BEM presents singularities and slow convergence of numerical results.The application of the MDBEM to study the resonant motion of a water column in moonpools shows that the MDBEM provides an efficient and reliable prediction method.     

Sacrificial anode stability and polarization potential variation in a ternary Al-xZn-xMg alloy in a seawater-marine environment

In this paper, the effects of zinc (Zn) and magnesium (Mg) addition on the performance of an aluminum-based sacrificial anode in seawater were investigated using a potential measurement method. Anodic efficiency, protection efficiency, and polarized potential were the parameters used. The percentages of Zn and Mg in the anodes were varied from 2% to 8% Zn and 1% to 4% Mg. The alloys produced were tested as sacrificial anodes for the protection of mild steel in seawater at room temperature. Current efficiency as high as 88.36% was obtained in alloys containing 6% Zn and 1% Mg. The polarized potentials obtained for the coupled (steel/Al-based alloys) are as given in the Pourbaix diagrams, with steel lying within the immunity region/cathodic region and the sacrificial anodes within the anodic region. The protection offered by the sacrificial anodes to the steel after the 7th and 8th week was measured and protection efficiency values as high as 99.66% and 99.47% were achieved for the Al-6%Zn-1%Mg cast anode. The microstructures of the cast anodes comprise of intermetallic structures of hexagonal Mg₃Zn2 and body-centered cubic Al₂Mg₃Zn₃. These are probably responsible for the breakdown of the passive alumina film, thus enhancing the anode efficiency.