船体结构表面裂缝在应力腐蚀耦合作用下的扩展机理数值研究

用数值方法研究了船体表面微裂缝在海水腐蚀以及外荷载耦合作用下扩展的机理.实验表明,在给定材料和腐蚀环境的条件下,外荷载越小,微裂缝扩展并最终导致材料断裂破坏过程越长;但当荷载小于某个值(门槛值或称疲劳极限)时,这种延迟的腐蚀断裂破坏现象可以避免.为研究方便,文中假设了在腐蚀环境中工作的材料为各向同性材料.根据数值计算结果,共发现了三种可能的裂缝扩展形式,并证实了导致腐蚀疲劳断裂临界条件的存在性.最后通过计算,针对不同材料以及不同环境条件,勾勒出导致腐蚀疲劳断裂相应的临界条件曲线.     

船舶腐蚀断裂力学的一种数值计算方法

基于船体表面微裂缝在应力和海水腐蚀耦合作用下的扩展机理,根据Charles-Hillig模型用数值方法模拟了裂缝的动态扩展过程,并用front-tracking图形技术开发了有限元网格剖分软件,从根本上解决了以往该模型无法进行数值模拟的难题.文中侧重于对腐蚀断裂问题进行一般性的基础研究,探索裂缝扩展时的形态以及速度与外荷载之间的关系,数值计算表明,计算结果和实验得出的曲线在形态上比较吻合.     

三维裂纹前缘应力强度因子数值计算方法

本文建立了采用20节点奇异元1/4节点位移法求解三维裂纹整个前缘3种类型应力强度因子的数值计算方法,给出了裂纹网格划分方法以及网格划分参数取值范围;基于平板表面裂纹研究了网格划分参数对应力强度因子计算结果的影响,并与Newman-Raju解析公式计算结果对比验证了数值方法的准确性,二者最大误差小于2%;采用数值计算方法计算了裂纹扩展标准三点弯曲样扩展过程中单边穿透裂纹前缘应力强度因子,并与解析公式计算结果进行对比分析,二者最大误差为4.7%,且随着裂纹扩展,误差越来越小。结果表明,提出的数值方法可用于含裂纹结构整个裂纹前缘不同类型应力强度因子求解中。     

船体结构腐蚀疲劳问题以及数值计算方法

船体或者内部高强脆性材料在腐蚀环境中的破坏问题已受广泛关注,其中涉及破坏机理的研究屡见报道,但相关的数值计算研究方法目前还屈指可数,文章在介绍各种破坏机理的基础上,从数值计算方法研究的角度阐述了最近几十年中的研究进展以及作者在该领域所取得的前沿性的成果,并指出了无网格有限元计算方法将在这个研究领域扮演重要角色.     

无单元法的研究

有限元法是当今非常流行的数值计算方法,但由于网格的限制,无法解决高梯度场问题,高速冲击问题,动态裂缝问题,无限域问题,奇异问题等等。为解决上述问题一种新的数值计算方法—无单元法,便随之产生。     

基于三维水动力模型的溢油扩展迁移规律的数值模拟

以长江常州段船舶溢油事故为例,采用无结构三角网格划分计算区域,采用有限体积法离散控制方程,构建了非稳态三维水动力模型,结合Fay溢油模式开展了河流中溢油扩展迁移过程的数值模拟研究.数值模拟结果表明,本文构建的模型更加精确地模拟了水流流态,并在此基础上预测了油膜在垂向上的分布规模,能够较好地模拟河流中溢油扩散迁移规律。可为溢油污染的防控、治理提供技术依据。     

多面体网格在滑行艇数值仿真计算中的应用

通过对NACA滑行楔形体进行数值仿真计算,验证多面体网格在滑行艇数值仿真计算上的精度,并尝试使用多面体网格改善滑行艇数值仿真计算中遇到的伪扩散问题。计算结果表明,基于多面体网格的滑行艇数值仿真计算的精度很高,能够满足工程需要;能够改善滑行艇仿真计算中遇到的伪扩散问题。本文进一步扩展了多面体网格在船舶与海洋工程领域的应用范围,并为滑行艇的数值仿真计算提供有益参考。     

数值仿真中单元密度对材料失效应变的影响

对普通船用低碳钢拉伸实验进行数值校准计算,确定用于数值仿真计算中的材料最大失效应变参数。通过改变有限元网格大小,确定不同网格密度对应的材料失效应变与工程断裂应变的关系,绘制了数值计算中材料失效应变的修正系数α曲线。     

考虑残余应力的加筋板结构疲劳裂纹应力强度因子计算方法研究

文章基于温度梯度法对焊接残余应力分布进行了模拟。通过对有限元网格划分规则的讨论,确定了数值模拟过程中应力强度因子计算的最佳方案,同时,采用Green函数法以及Faulkner模型给出了残余应力作用下应力强度因子的理论值。通过有限元模拟与理论计算的结果比较,验证了常规载荷以及残余应力作用下,含中心裂纹平板以及含初始裂纹加筋板结构应力强度因子计算结果的准确性,建立了考虑残余应力影响的结构裂纹扩展模拟流程。最后,通过拉伸载荷下加筋板裂纹扩展模型试验对数值计算方法进行了验证,为加筋板结构裂纹扩展规律研究以及裂纹扩展寿命预报奠定了基础。     

海塘越浪过程SPH模拟

随着计算机软硬件水平的不断发展,数值模拟技术已经越来越广泛地应用到海岸工程领域中。现今波浪爬高越浪的数值模拟技术主要有网格方法和无网格方法两种。和网格方法相比,无网格方法在计算海塘越浪的连续性和大变形问题上体现出了优势。     

Numerical simulation of viscous liquid sloshing by moving-particle semi-implicit method

A meshless numerical simulation method, the moving-particle semi-implicit method （MPS） is presented in this paper to study the sloshing phenomenon in ocean and naval engineering. As a meshless method, MPS uses particles to replace the mesh in traditional methods, the governing equations are discretized by virtue of the relationship of particles, and the Poisson equation of pressure is solved by incomplete Cholesky conjugate gradient method （ICCG）, the free surface is tracked by the change of numerical density. A numerical experiment of viscous liquid sloshing tank was presented and compared with the result got by the difference method with the VOF, and an additional modification step was added to make the simulation more stable. The results show that the MPS method is suitable for the simulation of viscous liquid sloshing, with the advantage in arranging the particles easily, especially on some complex curved surface.     

舰载火箭弹弹道重构与模型验证

为了验证火箭弹系统六自由度仿真模型的可信性,建立用于弹道重构的系统状态模型和基于GPS观测数据的量测模型,运用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法和TIC不等式系数法,探讨仿真模型静、动态性能的验证方法。以某型舰载火箭弹系统为研究对象,通过重构火箭弹飞行状态的误差参数,对其仿真模型进行定量验证。仿真结果表明,利用弹道重构方法对六自由度弹道仿真模型进行验证是有效的。     

船舶内装板耐火分隔结构设计与性能研究

设计一种以气凝胶和铝蜂窝材料为主的船舶内装板结构。介绍了船舶內装板耐火分隔定义及设计方法。根据耐火分隔标准试验,设计以电加热板模拟加热炉温升的耐火分隔小尺寸样件模拟试验。根据小样模拟试验原理,建立耐火分隔有限元模型,结果表明,仿真和试验结果较为接近,仿真计算方法可以为耐火分隔结构优化提供手段。通过仿真分析计算,得到船舶内装板中气凝胶的最小厚度为5mm,內装板结构整体重量较50mm厚复合岩棉板轻25%。研究方法可以为新型耐火分隔结构的设计提供参考。     

虚拟仿真技术在溢油回收装置结构性能评估和轻量化设计中的应用

针对传统设计方法依靠经验开展设计的缺陷,提出了基于虚拟仿真技术的结构性能评估和优化设计方法.针对某溢油回收船溢油回收装置,利用虚拟仿真技术对其结构性能进行评估,并利用拓扑优化技术开展溢油回收装置结构的轻量化设计,实现以仿真来驱动设计,以期为虚拟仿真技术在船舶设计特别是溢油回收船溢油回收装置设计中的应用提供参考.     

基于CFD的高速排水型圆舭折角船型剩余阻力系数分析研究

基于CFD对某圆舭折角高速船进行阻力数值仿真,并将仿真结果与该船的船模试验值进行比较分析,寻求利用FINE/Marine软件进行船舶阻力数值仿真的适用方法。同时根据此方法分别对NAPA所建立的系列圆舭折角船模进行阻力数值仿真,并将计算结果归纳分析,从而生成剩余阻力系数对排水量长度系数和傅汝德数的关系图谱,以便为圆舭折角船型阻力估算提供快捷途径。     

雨洪管理模型与推理公式法在港口工程雨水系统模拟中的对比

为更精确地模拟港口区域的降雨过程和更合理地设计排水系统,选取Kribi港口工程二期项目为工程实例,利用软件SSA进行SWMM法的雨水系统模拟并与推理公式法进行对比。结果表明,SWMM法适用于港口区域雨水系统模拟,为后期港口区域实施低影响开发措施提供了工作基础。     

深潜艇推进电动机的H∞控制研究

为了抑制转子电阻参数摄动和洋流、海浪引起的转矩波动对深潜艇推进电机调速系统的影响,对应用状态反馈鲁棒控制方法来处理推进感应电动机磁场定向下的矢量控制问题进行了研究,并在此基础上,根据建立的深潜艇直航运动模型和螺旋桨四象限动态工作情况下的仿真模型,进行了深潜艇直航推进仿真.仿真结果表明,这种方法能够有效抑制转子参数摄动和负载转矩波动对系统动态性能的影响.     

基于在线仿真的穿浪船推进智能控制及系统优化研究

为了增加优化过程的实时性,本文提出了一种基于在线仿真的穿浪船可调桨推进智能控制及其系统优化方法。首先建立了可调桨推进的数学模型,再以MATLAB为平台,使用其仿真软件Simulink建立了仿真模型,又使用查表模糊控制器实现了对穿浪船可调桨推进的智能控制。然后,建立了系统优化的数学模型。基于仿真模型,应用MATLAB的遗传算法工具箱GAOT实现了该系统的优化设计。最后给出了算例。计算结果表明:仿真和优化的准确性和可靠性都较好,该方法是有效且可行的。     

高斯界面反射超声散斑场的数字模拟

针对超声散斑实验方法中误差大、过程繁琐等缺点,提出了采用计算机模拟产生超声散斑场的方法。利用模拟产生的高斯相关随机表面,模拟产生了这类表面在夫琅禾费面上的散斑场。为了和实验产生的散斑场进行对比,建立了超声散斑场接收的实验系统,取与计算模拟相同的参数,获得了实验散斑场。通过对比发现：计算机模拟产生的散斑场强度更大、散斑颗粒更多、对比度更好,更便于分析和研究使用。     

基于汽机流网一体化的辅助汽轮机建模与仿真

针对基于节点法的辅助汽轮机流体网络传统建模中,在动态过程中存在质量不平衡的问题,不能满足辅助汽轮机组变工况和故障工况特性研究的要求。本文提出了汽机流网一体化建模方法,依据质量守恒和能量守恒原理,采用可变出口导纳模拟不同背压下辅助汽轮机的流网运行情况。以某船舶汽轮燃油泵及其进出口蒸汽管网为研究对象,在MINIS环境下采用汽机流网一体化方法建立了其仿真模型。通过该方法下仿真结果与实际运行数据对比,验证了模型的准确性。仿真结果与传统模型仿真结果进行对比分析,表明了变工况和故障工况下汽机流网一体化模型具有更好的稳定性和动态适应性。