多孔介质海床对单桩所受波浪力的影响分析

为研究多孔介质海床的波浪衰减作用及单桩所受波浪力的变化规律,采用修正RANS方程和Forchheimer饱和阻力模型控制多孔介质内部流体流动,运用流体体积法追踪自由液面,建立波浪-多孔介质海床-单桩相互作用三维数值分析模型. 首先,基于波浪与多孔介质海床相互作用过程,研究了多孔介质海床对波浪传播的衰减作用;其次,分析了相同波浪条件下多孔介质海床及刚性海床时单桩所受波浪力的数值变化,突出了考虑海床多孔特性的必要性;最后,采用单一变量控制法,进一步研究了单桩所受波浪力数值随海床多孔特性参数的变化规律. 研究结果表明,海床多孔特性对波浪传播具有明显的衰减作用;给定的波浪参数和多孔介质海床条件下,单桩所受波浪力最大值比刚性海床情况提高约35%,若忽略海床多孔特性结构物会因低估波浪力数值而造成安全隐患;另外,结构物所受波浪力与海床孔隙率、颗粒直径、海床厚度及双层海床分布厚度及每层孔隙率密切相关. 其中,波浪力最大值随着海床颗粒直径的增加而递减,随着孔隙率的增大先增加后降低,且孔隙率会影响波浪力随海床厚度变化的趋势.      

随浪中骑浪现象数值研究

对随浪中船船的骑浪（surf-riding）现象进行了研究,建立了某型船在船体水动力和螺旋浆推力作用下考虑波浪激励力和二阶定常漂移力时的非线性纵荡运动微分方程,运用数值方法,研究了船舶从周期运动到骑浪的转变机理,对周期运动与骑浪之间的临界状态进行了初步的探讨。     

浅海浮式栈桥锚碇系统布链方式比较

为确定锚碇系统的布链方式,使用ANSYS下高度集成的AQWA软件,根据远海岛礁的风、流、浪荷载情况,模拟多种浅海浮式栈桥的布链方式,并进行比较分析。研究揭示其位移和锚链力因布链方式不同而变化的情况,比选出以45°交叉布链为最优的布链方式。     

水泥混凝土路面传力杆设计的力学分析

基于Timoshenko弹性基础上的传力杆承担荷载变形和杆组变形的线性分布理论,分析传力杆直径、布置间距对承担荷载有效传力杆根数、接缝处传力杆的变形以及传力杆承受的剪力、弯矩与混凝土接触界面应力的影响,阐述传力杆间距、直径设计的思路和方法。     

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。     

金属拉伸试验的影响因素及预防措施

通过衡水市公路工程试验检测中心的一次期间核,通过多组直径16 mm的钢筋三台试验机的拉伸试验结果进行影响因素分析,进而找出解决问题的方法。     

水泥路面接缝传力杆周围混凝土损伤塑性分析

为揭示水泥路面接缝传力杆周围混凝土的受力特性与损伤机理,基于ABAQUS有限元软件,介绍了混凝土损伤塑性(CDP)模型及其参数确定方法,应用CDP模型模拟了混凝土试件单轴拉伸和压缩试验,通过对比模型试验结果验证了CDP模型参数的准确性;在此基础上,建立了接缝设置传力杆的水泥路面三维有限元模型,分析了在不同轴载作用下水泥路面接缝传力杆周围混凝土的塑性应变、损伤因子和等效应力的分布和发展规律,对比了采用CDP模型与混凝土弹性模型时传力杆周围混凝土的应力差异。分析结果表明:对于混凝土单轴拉伸、压缩试件,基于CDP模型的应力-变形全曲线模拟结果均与试验结果一致,说明CDP模型及其参数确定方法准确;对于接缝设传力杆的水泥路面,当荷载作用在接缝传力杆黏结端上方板边时,传力杆黏结端混凝土的受力最为不利;随着轴载的增大,传力杆黏结端底部混凝土率先发生损伤塑性,等效应力逐渐减小;当轴载从100 kN增大至250 kN时,传力杆周围混凝土塑性区范围从底部135°~225°扩展至60°~300°,底部150°~210°范围内混凝土发生完全损伤塑性而退出工作,等效应力趋于0,应力重分布导致更多的荷载由传力杆两侧和上部混凝土承担;若传力杆周围混凝土采用弹性模型,传力杆底部混凝土等效应力将不断增大而超过极限强度,因此,分析传力杆周围混凝土应力集中问题建议采用CDP模型。      

膨胀岩土地层修建盾构隧道引起的局部膨胀荷载研究

从理论上推导了岩土局部膨胀引起的附加膨胀荷载计算公式;结合数值分析方法,研究了不同位置、不同范围发生地层局部膨胀对衬砌结构接触压力增量的影响。结果表明:膨胀荷载与岩土膨胀力大小、应力水平、地层抗力、膨胀后岩土物性参数等因素有关,因地层局部膨胀引起的衬砌结构承受附加膨胀荷载值小于室内测得的膨胀力;岩土吸水膨胀后,地层抗力显著降低,对地层膨胀区及影响区隧道衬砌结构承受的荷载分布产生显著影响;若膨胀力较小,吸水后软化作用强于膨胀作用,会导致衬砌承受的荷载减小。     

膨胀岩土地层修建盾构隧道引起的局部膨胀荷载研究

从理论上推导了岩土局部膨胀引起的附加膨胀荷载计算公式;结合数值分析方法,研究了不同位置、不同范围发生地层局部膨胀对衬砌结构接触压力增量的影响.结果表明:膨胀荷载与岩土膨胀力大小、应力水平、地层抗力、膨胀后岩土物性参数等因素有关,因地层局部膨胀引起的衬砌结构承受附加膨胀荷载值小于室内测得的膨胀力;岩土吸水膨胀后,地层抗力显著降低,对地层膨胀区及影响区隧道衬砌结构承受的荷载分布产生显著影响;若膨胀力较小,吸水后软化作用强于膨胀作用,会导致衬砌承受的荷载减小.     

基于湍流模型的船舶运动及吃水变化数值求解

以规划中的台州港黄礁作业区为例,运用湍流模型对船舶受重力、浮力、惯性力和摇荡运动产生的波浪扰动力、辐射流体力以及流体粘性力进行数值计算分析。结果表明:(1)设计等级为5万吨级的进港航道,拟运营的29000t油船在此进港航道中的富裕水深为4m;(2)波向对于船舶航行时富裕水深影响较大:迎浪时波浪对于船舶富裕水深影响为1.3m,横浪对船舶富裕水深影响为2.75m;(3)在进港航道回淤不超过3.6m,航速不超过5kn的情况下,此船舶仍然能够安全进出港。研究成果为其他港区计算分析船舶吃水、富裕水深及维护频次提供参考。     

船舶撞击桥梁的撞击力研究

桥梁在船舶碰撞时受到的动力荷载和响应是复杂的动力非线性问题。通过冲击动力学理论,利用有限元软件AN-SYS/LS-DYNA对忠县长江大桥在高低水位下的船舶撞击进行模拟,对船舶在高低水位下的碰撞情况进行对比,并将碰撞力数值与各种规范的数值进行比较,可为桥墩防撞系统的设计提供参考。     

高速船舶远域尾浪的数值计算

以Rankine源面元法数值计算排水型高速船舶的兴波问题,得到船舶附近水域的Kelvin波系.对近域计算得到的波浪要素进行Fourier变换,推算波幅谱函数,进而可获得大范围的远域尾浪的数值模拟结果.探讨了利用波形分析中的纵切法或横切法推算波幅谱函数的两种方法,给出了它们在高速船远域尾浪数值模拟问题中的应用算例.     

20.8万吨散货船系泊绞车基座及下加强结构强度分析

系泊绞车是船舶锚泊系统的重要组成部分,系泊绞车在船舶靠码头时承受着缆绳的巨大拉力,在首部0.25L范围内的系泊绞车还承受了甲板上浪载荷的作用,如果系泊绞车基座设计不当,可能引发重大的海损事故,因此目前系泊绞车基座的有限元校核在规范中已经明确要求了。文中建立了20.8万吨散货船系泊绞车基座及其支撑结构的有限元模型,按照CSR规范中对于系泊绞车的相关要求,计算了系泊绞车基座在不同工况下的结构强度。计算结果表明,该散货船系泊绞车基座结构满足CSR规范的衡准要求,基座及其支撑结构设计合理、安全可靠。本方法可以为今后开展同吨位散货船系泊绞车的基座设计与分析提供参考,所提供的计算过程及相应的经验可供相关设计人员借鉴。     

带有干扰观测器的欠驱动船舶路径跟踪非线性模型预测控制

针对欠驱动船舶提出了一种非线性路径跟踪控制器,使其能够在风、浪、流等环境干扰下驶入预定的航行路径.欠驱动船舶以恒定前进速度航行,并且其合速度与参考轨迹相切.该控制器的设计使用了解析模型预测控制和干扰观测器技术,其中非线性观测器用来估计环境干扰.在最优路径跟踪控制器的作用下,路径跟踪误差渐近收敛到零.数值仿真结果验证了该控制器的有效性.     

基于傅汝德-克雷洛夫力非线性法的规则波浪中船舶运动数学模型

为准确预报规则波浪中船舶的运动, 提出基于四叉树划分的自适应网格法, 以生成船舶瞬时湿表面, 在船舶瞬时湿表面上计算傅汝德-克雷洛夫(F-K)力与静恢复力; 对于与波面相交的面元, 由于F-K力在波面处剧烈波动, 采用四叉树划分法进一步细分面元; 基于线性理论, 采用瞬时自由面格林函数在船舶平均湿表面上计算扰动力; 为避免瞬时自由面格林函数在自由液面处剧烈波动产生严重数值误差, 舍去扰动势所满足边界积分方程中的水线项, 并对迎浪前进速度为傅汝德数0.2的WigleyⅠ型船舶进行数值计算。计算结果表明: 对低于瞬时波面以下的船体部分, F-K力非线性法所需面元数更少, 为细网格法的1/4~1/8;除不规则频率外, 舍去与未舍去水线项所得水动力系数与试验值的相对误差分别小于33.4%、54.8%, 因此, 舍去水线项所得水动力系数更接近试验结果; 当入射波波幅为0.018 m, 波长与船长比为1.25时, 采用F-K力非线性法与线性法所得纵摇幅值响应因子的计算结果分别比试验值低3.2%、17.0%, 波长与船长比为2.00时, 采用F-K力非线性法与线性法所得纵摇幅值响应因子的计算结果分别比试验值低6.7%、13.5%, 可见, 采用F-K力非线性法能够准确地仿真规则波浪中船舶的运动。      

船舶岸电变压器励磁涌流动态特性研究

船舶变压器是港口岸基供电系统中重要的电力设备,相较于传统变压器励磁涌流的影响,船舶变压器励磁涌流不仅会导致变压器本身继电保护装置发生误动,还会致使变频电源过流跳闸以及岸电系统自身保护发生误动。为了研究岸电系统励磁涌流产生的影响因素及其抑制办法,文中分别详细地推导了船舶变压器二次侧为Y接和△接时的励磁涌流数学解析表达式。并基于此,搭建了船舶变压器仿真平台,从铁芯剩磁、电阻等变量因素对励磁涌流动态特性的影响进行了深入研究,提出了抑制励磁涌流的建议方法。结果验证了理论分析的正确性,并为解决实际工程问题提供了理论依据。     

港口系泊船舶压载吃水取值研究

根据现行荷载规范中船型尺寸、排水量、受风面积和形状系数等船舶参数与船舶形状特性的关系进行研究,得出船舶压载吃水的计算方法,并与国内、外船舶压载吃水取值经验和部分船舶压载吃水试验参数进行对比分析.结果分析表明:该方法更适合中国港口工程设计应用.     

散货船水尺计重误差研究综述

基于误差传播原理,对水尺计重误差进行分析:从概述水尺计重的步骤和误差的理论出发,采用逻辑树法分析了在测定有关数据过程中可能产生的误差,介绍了确定船舶最终平均吃水、求取船舶排水量和计算货物装(卸)载量这3个过程中的误差源以及由误差传递导致最终结果的误差,并梳理了各误差现行的消减方法.在水尺计重的众多误差中,甄别出散货船在锚泊和系泊时,由于锚链和缆绳的垂直分力使船体下沉而导致的计重误差属于系统误差,且现行的《进出口商品重量鉴定规程——水尺计重》中没有给出修正方法,后续分析中理应通过方法的更新消减这一系统误差.     

南茅运河船闸双向人字门背拉杆预应力优化分析

增设人字门背拉杆并施加预应力对提高人字门抗扭刚度至关重要.利用ANSYS软件对双向挡水人字门在重力作用下自由悬挂和风、水压力作用下开关门运行以及单根背拉杆承受单位预应力等工况下的应力和位移进行数值模拟,得到人字门相应工况下的应变应力规律.通过建立背拉杆预应力优化模型,求解得到多组双向挡水人字门的背拉杆预应力优化解,并校...     

哑铃型桥梁结构畸形波浪力水槽试验及简化算法

为研究畸形波浪参数对新型哑铃型桥梁结构波浪力的影响,开展一系列波流水槽模型试验.首先,分析谱峰频率、频率范围及聚焦位置对哑铃型桥梁结构周围的波面时程图及波峰的影响;其次,阐明上述波浪参数对结构畸形波浪力时程图及波浪力峰值的影响规律;最后,基于经典绕射理论,提出适用于新型哑铃型桥梁结构畸形波浪力谱的简化计算方法.研究结果表明：谱峰频率、聚焦位置及频率范围对结构周围的波面位移影响均较小,差异均小于3%.谱峰频率和聚焦位置对哑铃型桥梁结构畸形波浪力有较大影响,当谱峰频率从0.6 Hz增加到1.1 Hz时,顺波向波浪力呈先增后减的变化趋势,变化幅度最高达11.0%,垂向浮托力则下降了57.0%;当频率范围从0.5 Hz增加到0.8 Hz时,顺波向波浪力下降了2.1%,垂向浮托力增大了5.9%;当聚焦位置从结构物的迎浪侧移动到背浪侧时,引起的结构顺波向波浪力变化幅度小于5%,垂向浮托力变化幅度小于3%.经过试验数据和理论分析结果的对比表明,基于绕射理论提出的简化算法可有效计算畸形波作用下哑铃型桥梁结构的波浪力谱模型.