滑行艇阻力的近似计算方法

查洁法是计算滑行艇阻力的一种近似方法,在考虑艇底斜升角对纵倾角的影响、不考虑艇底斜升角对浸湿长宽比的影响时,本文基于查洁法编制了滑行艇阻力理论预报程序,通过对美国滑行艇系列62中4667-1阻力理论计算值与试验值的比较,研究了查洁法的适用范围.     

滑行艇简化模型流场数值模拟及改型研究

合理的滑行面设计,是滑行艇设计中的关键问题.利用CFD软件FLUENT对滑行艇简化模型的流场进行数值模拟,得到简化模型的压力分布细节,并由此对滑行艇的滑行面进行改型,通过改型调整航态和艇底的水动压力分布,达到降低船舶阻力的目的.改型前后的实验结果显示：改型后滑行阻力与原型相比减小7%.研究表明：利用通用软件进行船舶流体力学的研究,是一个较为有效的方法;另外,通过合理布置滑行面可有效减小滑行艇滑行阻力.     

水面高速无人艇运动极短期预报技术

采用基于时间序列的乘积季节ARIMA(求和自回归移动平均)模型以及无人艇模型规则波试验数据,研究了水面无人艇运动极短期预报技术。采用经趋势差分和季节差分后的ARMA(自回归移动平均)模型,运用最小信息准则和白噪声检验方法,验证所选择的最佳模型,并对无人艇进行了20步极短期运动预报。计算结果表明:无人艇船模加速度、升沉、纵摇的前10步短期预报最大误差均不超过6%,随着预测步数的增加,误差有扩大的趋势,加速度的后10步短期预报最大误差达到16.68%。可见,极短期预报技术有效。     

无人艇艇型优化方法

为了计算和优化无人艇在中低速段艇型阻力性能,考虑了自由表面非线性和黏性的影响,研究了滑行艇在排水航行状态的兴波阻力计算方法.结合线性兴波阻力理论,将给定约束条件下的艇型优化问题转换为求泛函极值的有约束数学优化问题,通过非线性规划优化理论,对给定的艇体主参数约束下的目标函数做有条件最小化,求解最佳优型.理论计算结果和艇模试验结果表明:利用计算方法能够有效、快速地计算艇型兴波阻力,优化后的艇型在给定的速度区间(傅汝德数为0.1～0.7)的兴波阻力系数明显降低,在优化速度点(傅汝德数为0.5)降低约20％.     

水面无人艇在风干扰下的操纵性能仿真

根据静水中完整的操纵运动数学模型,对无人艇载体平台滑行艇,在定常风假设下,建立了风干扰下简化的滑行艇操纵运动数学模型.利用数学模型对滑行艇在风压力及风压作用下在各个角度下的操纵运动进行仿真.     

雷诺数相似喷水推进船模预报实船推进性能

通过在数值计算中调整流体粘度系数,实现缩尺船模与实船雷诺数相似,进而消除尺度效应的影响.在弗劳德数0.15~0.41范围内,雷诺数相似船模方法预报实船阻力与模型试验外推值差别在5%以内;在波形与伴流场的比较中,雷诺数相似船模方法与实尺度计算方法预报结果基本一致.数值计算表明对于缩尺比为30的模型泵与实泵效率差别在11%~17%,而雷诺数相似模型泵效率计算值与实泵计算值差别在1.5%以内,表明通过雷诺数相似模型泵能够较好预报实泵性能.文中比较了模型雷诺数与实尺雷诺数下喷水推进器的性能变化,分析了喷水推进自航试验中可能产生的误差.通过雷诺数相似船模数值自航预报阻力、推力、推进效率与实尺度计算的比较,表明了雷诺数相似船模方法能够较好预报实尺度喷水推进船的推进性能.     

赛艇黏性流场的数值模拟

利用计算流体力学商用软件FLUENT对一单人赛艇进行黏性绕流场数值模拟,得到不同航速下的艇体表面压力、黏性阻力及黏性阻力系数等流场特征值与试验结果吻合得较好;还计算出形状因子（1＋K）与经验公式计算结果相符合.结果表明FLUENT软件能准确地预报赛艇黏性阻力、黏性阻力系数和形状因子等艇型设计所关心的水动力性能参数.     

基于CFD的多用途船纵倾优化

船舶阻力性能优化中,通过调整船舶纵倾值进行装载优化的方法成果显著且易于实施。选取30000DWT多用途船为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)软件(STAR-CCM+)对目标船的静水阻力进行预报,数值计算结果与船模试验数据进行对比分析,验证网格划分、数值计算相关设置的准确性。在此基础上对船舶纵倾优化进行研究,计算不同纵倾角、不同航速下的船舶阻力,得到相对于设计吃水下的阻力变化曲线及减阻效果。结果表明在设计载重量和航速下运营,其最佳纵倾角度为尾倾0.55°左右,减小船舶总阻力约1.5%。     

滑行艇波浪中砰击压力极值研究

滑行艇在波浪中高速滑行时,会引起局部较大的砰击载荷和非常复杂的表面压力分布。为了在保证安全的前提下将装载能力和动力最大化,艇体初步设计时必须合理的估算使用海域可能出现的局部极限载荷大小,来调整艇体抗压能力,获取最优化设计。通过在规则和不规则波浪中的模型试验,测得艇体局部受到的砰击压力极值及特性。并引用简单有效的方法计算该值,与试验测量值吻合较好,证明该方法有一定的工程应用性。     

基于CFD的30000吨载货教学实习船阻力数值模拟

为了对船舶阻力进行精确预报,选取30 000 t载货教学实习船为研究对象,基于CFD对静水中不同航速的船舶阻力进行数值模拟,建立三维船体模型,采用局部加密进行网格处理,使用Standard k-ε湍流模型,利用VOF法追踪自由液面,将结果与船模试验数据进行比较表明,该方法计算速度快,成本低,预报精度较高,具有重要工程意义.     

转鼓试验台的道路行驶阻力模拟技术及实践

分析了转鼓试验台模拟道路行驶阻力的原理和方法。并以捷达车为例，先由道路试验求得目标函数，再求得控制转鼓试验台直流电阻阻力的模拟函数，最后在模拟函数的作用下，测定汽车在转鼓上所能达到的最高车速以及加速所需的时间。将其与道路试验对比显示：模拟函数误差小于３％、阻力模拟误差小于５％。     

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．     

圆管管翅式换热器耦合传热数值方法研究

为了研究圆管管翅式换热器流动与传热特性,采用分区求解、边界耦合的方法对圆管管翅式换热器进行三维数值模拟,通过模型实验值对比验证了肋侧流动通道对流换热系数h的数值解,研究了翅片间距对换热器传热性能的影响.研究结果表明:当空气进口速度uin较小时,非耦合分析的数值解与实验值更为接近;当空气进口速度uin大于5m/s的时候,耦合方法得到的数值解与实验值之间的误差小于2%,所得结论为数值设计管翅式换热器提供一定的参考.     

矩形拱肋定常气动力系数识别研究

采用物理风洞试验和数值风洞模拟相结合的方法,对宜宾岷江二桥矩形拱肋进行了静风三分力系数识别.定常气动力以阻力为主,不同风攻角下的阻力系数变化幅值不大;升力系数与升力矩系数数值较小,变化范围也很小;在相同试验条件下,紊流场下的阻力系数识别结果小于均匀流场的阻力系数.     

基于柱孔扩张理论的沉井刃脚极限土阻力分析

为解决目前刃脚极限土阻力计算方法所存在的不足，基于考虑剪胀效应的柱孔扩张理论，提出了刃脚极限土阻力的理论解答. 首先考虑刃脚基础单侧方向破坏的特点，将两个刃脚对称拼接成一个整体基础进行计算；其次利用柱孔扩张理论，通过分析刃脚底部土体在竖直方向的受力平衡求得刃脚极限土阻力；最后利用离心模型试验与现场监测对该计算方法进行了对比验证. 研究结果表明:与离心模型试验结果相比，当沉井下沉深度为36 m时，本文方法计算刃脚土阻力误差为6.6%，与现场实测结果相比，当沉井下沉深度为5 m时，本文方法计算刃脚土阻力误差为1.36%，当沉井下沉深度为10 m时，本文方法计算刃脚土阻力误差为19.5%，当沉井下沉深度为15 m时，本文方法计算刃脚土阻力误差为9.70%. 计算值与离心模型试验值、现场实测值均吻合较好. 本研究可为刃脚极限土阻力计算问题提供一个新思路.      

基于SHIPFLOW内河船阻力预报研究

基于SHIPFLOW软件模拟内河船舶周围流场,考虑流体黏性及自由表面影响,预报船舶阻力,选择3种船体网格(CC,MM,MF)进行船体表面网格划分,采用势流理论与黏流理论的分区分步计算方法(ZONAL法),将数值计算的船舶总阻力与根据艾亚法经验公式估算出的总阻力对比,计算结果表明:网格划分形式MM的计算结果与经验法最为接近,同时验证了SHIPFLOW软件求解技术的可靠性并提高了换算效率,最后选择MM网格化分形式,对该船进行阻力预报。     

喷射混凝土隧道衬砌的生命周期评估优化

对于喷射混凝土隧道衬砌的生命周期评估,当前使用的基于LS-DYNA数值计算的评估方法、基于SOM-RBF神经网络的评估方法,没有考虑隧道通风情况,导致评估时间结果不精准且耗时长。为了解决该问题,提出了基于数值模拟的评估优化方法。采用高精度压差计法分析断面压差,计算喷射混凝土隧道内沿程阻力系数,分析喷射混凝土隧道衬砌的通风阻力。考虑断面相关参数,使用有限元分析软件ANSYS对喷射混凝土隧道衬砌的生命周期进行数值模拟。计算混凝土疲劳受损的临界点,分析喷射混凝土隧道的疲劳寿命。结合马尔科夫链理论,构建生命周期状态转移概率矩阵,获取状态稳定向量。以此为依据,构建喷射混凝土隧道衬砌的生命周期评估指标的隶属度矩阵,并评估生命周期。由实验结果可知,该方法与实际数值最大评估误差为0.6%,最长评估时间为8 min,说明使用该方法具有良好评估效果。     

基于撞痕重合的汽车碰撞事故分析方法

对于某些难以确定碰撞地点的汽车碰撞事故,无法应用传统方法进行分析.为此,根据撞痕及最终停车位置等基本勘查信息,应用撞痕重合法再现事故车碰撞时相互啮合的状态.以最终停车位置反推碰撞后事故车质心可能的滑行轨迹,再用优化理论确定事故车碰撞位置.对一起汽车碰撞事故的分析表明,与根据常规二维碰撞理论计算的结果相比,用基于撞痕重合的方法计算的车速误差小于2%.     

拖缆系统运动仿真

建立拖缆的三维运动模型,通过欧拉角的变换把拖曳线列阵微元段矢量动力平衡方程在局部坐标系下展开,在时间和空间上作中心差分数值离散.程序能够计算不同航速定常直航状态下列阵的阵形与姿态,可解决不定常运动（例如回转运动）、考虑海流等多种运动状况的阵形预测.取有关文献资料中的拖曳线列阵进行了直航、回转运动计算,计算结果与相应文献资料中计算和试验结果基本吻合.     

稳定渗流作用下有限宽度砂土主动土压力研究

开挖基坑与既有建筑物距离较近的情况时有发生,此时既有建筑物的基础与基坑之间的土体应视为有限宽度土体,经典的半无限土体压力理论不能适用于这种特殊情况。同时,地下水渗流对基坑稳定性的影响不容忽视。基于此,以自主设计的模型试验箱为基础,进行存在稳定渗流下的有限宽度砂土土体主动土压力试验,并对模型试验进行数值模拟验证,进一步系统地研究稳定渗流作用下有限宽度砂土的主动土压力试验。研究结果表明:从试验开始到结束,土压力时程曲线可分为"稳定渗流、挡墙运动、挡墙停止"3个阶段;存在稳定渗流条件下的主动土压力值大于静水条件下的主动土压力值,且在数值模拟中,有限宽度土体的主动土压力值小于半无限宽度土体的主动土压力值;针对砂土,有效应力法的计算结果与试验结果相接近,但在实际工程中采用水土分算方法计算主动土压力会更加安全。