螺旋桨附连水效应的数值计算方法研究

在船舶推进轴系振动和校中计算分析中,螺旋桨在流场中引起的附连水效应是一个很重要的参数。但实际计算中,螺旋桨附连水效应一般用其自身转动惯量和质量乘以一个经验系数来得到。针对该不足,文章介绍了分析螺旋桨附连水效应的稳态谐响应数值计算方法和常用经验公式。通过对一个多用途船的螺旋桨附连水效应进行数值计算,并与经验公式的估算结果进行对比分析,误差均在合理范围内,验证了该数值方法的可应用性。     

船舶推进轴系纵、横、扭耦合振动传递矩阵法的研究

本文发展了传递矩阵法的理论,导出了计入回旋效应尾轴轴段的耦合振动数学模型;螺旋桨由附水质量、阻尼引起的耦合振动传递矩阵;建立了船舶轴系(从发动机到螺旋桨)的耦合振动数学模型。对大连造船厂27000t散装货船推进轴系进行了耦合振动数值计算,计算结果与实船测试相吻合。本文还进行了轴承刚度值对轴系耦合振动特性的影响的研究。     

半潜船振动特性

利用Patran软件建立某半潜船有限元模型,应用Nastran软件的Lanczos方法计算此半潜船在不同载况下船舶总体垂向振动各阶模态。将计算得到的各载况下固有频率与该船主机和螺旋桨激励频率进行比较得出此半潜船振动性能良好。附连水质量对于半潜船各载况下的固有频率有十分重要的影响,因此将以源汇分布法为代表的数值计算方法与刘易斯法为代表的经验公式方法进行验证和对比,得出半潜船下潜状态的附连水质量计算应该应用数值计算方法的结论。本文对于半潜船振动设计预报及附连水质量计算具有一定的参考意义。     

基于传递矩阵法的渔船推进轴系回旋振动计算及程序开发

为编制渔船推进轴系回旋振动优化计算程序,首先研究渔船推进轴系回旋固有振动的程序编制。针对船舶推进轴系的集总参数-分布参数混合模型,利用传递矩阵法建立船舶推进轴系回旋振动的计算模型及计算矩阵方程,用MATLAB编制矩阵方程求解的计算程序,将此程序应用于36.3m拖网渔船轴系回旋振动计算,计算时考虑螺旋桨附连水效应,计算一次正逆回旋振动、叶片次回旋振动及倍叶片次回旋振动固有频率,计算结果与COMPASS计算结果进行对比,验证了MATLAB程序的正确性。应用此计算程序对回旋振动中主要参数的选择进行深入讨论和分析,确定关键参数的正确选择准则。研究结果可作为推进轴系振动计算程序开发研究的基础,为日后更复杂的程序开发奠定基础。     

滑行艇尾部结构的模态分析和响应预报

针对某滑行艇尾部结构振动问题,建立尾部结构三维有限元模型,应用MSC.Patran/Nastran软件对其进行模态分析和响应预报。其中,采用虚拟质量法模拟流体与结构相互作用来计算附连水质量;运用瞬态响应分析方法计算螺旋桨脉动压力引起的尾部结构振动响应。通过分析获得该艇尾部结构的振动特性,为结构减振设计提供依据。     

基于ANSYS的三圆柱附连水质量计算

对三体船总振动预报,需计算参与振动的附连水质量。采用ANSYS流固耦合方法模拟了一系列的不同尺度比、不同间距的三圆柱在水中振动特性,并计算附连水质量。三圆柱体的振动附连水质量随着片体增大而增加,垂向附连水质量随着片体与主体的间距增大而减小,水平振动附连水则相反,但最终都趋向于3个单独的圆柱体附连水质量之和,并根据所求结果在单圆柱体的基础上给出一个修正系数来求三圆柱体的附连水质量,并推广到三体船上。     

基于动网格的双圆柱体附连水质量的数值计算方法研究

介绍采用CFD软件Fluent数值计算双圆柱体附连水质量的简便方法。该方法计算出的附连水质量与试验值相比有较好的精度,可以推广于多体船总振动的附连水质量的计算。     

有限域液体附加质量对板结构振动特性的影响

基于附加质量法、公式估算法以及流固耦合有限元方法对有限域流体与结构耦合振动特性进行计算分析,以方箱底板单面接触有限域的液体,以及双面分别接触有限域液体和无限域液体工况为例,通过一系列计算得出工程中处理附连水质量影响的一般方法和经验。给出处理有限流体域问题时附加质量法的一般适用准则,即当浸水参数h/b0.1时,利用附加质量法具有足够的工程计算精度,而当h/b>0.1时,建议采用流固耦合方法进行计算。     

随轴系做复杂空间运动的船舶 螺旋桨水动性能计算

船舶航行时,附在转轴上的螺旋桨通常做复杂的空间运动。这是因为一方面螺旋桨和转轴不可避免地存在偏心,使得在不平衡激励下转轴在绕自身中心线旋转的同时又发生空间涡动(又称为进动);另一方面,螺旋桨通常工作在不均匀的流场中(即使来流均匀,轴系涡动亦会导致流场的不均匀),桨叶表面的脉动力也会导致转轴的空间振动。对具有复杂三维运动的螺旋桨的水动性能预报是一个难点。本文建立了螺旋桨在流场中随轴系做复杂空间运动时的水动力预报数学模型,并利用不定常面元法求解了这一问题。该方法按时间步顺序求解,考虑了不均匀流场、轴系振动、尾涡的非线性运动及卷曲等因素。利用本文提出的方法并结合结构动力学模型,可以方便地研究流体-螺旋桨-轴系双向流固耦合等问题。同时该方法也可以用来预报船舶转弯、船舶升沉及纵摇振荡、螺旋桨启停及加速等复杂工况下的螺旋桨水动性能。文中通过一个算例验证了算法的有效性。最后,预报了轴系纵向振动幅值为1 mm,振动频率为3 Hz并伴有微量回旋振动时所引起的4381螺旋桨的脉动力。研究表明推力脉动分量大约为其静态分量的4.5/1 000,扭矩脉动分量大约为其静态分量的4/1 000。     

弹体出水附加质量计算及对阻尼系数的影响分析

给出了水下结构刚体运动、弹性振动引起的附加质量的计算方法;考虑水下结构运动产生的附加质量是随时间变化的量,给出了计及这种变化的结构运动方程,由此得出变化的附加质量所引起的阻尼系数的改变项。在此基础上以弹体出水过程为研究对象,计算了出水过程中结构附加质量随时间的变化情况,同时得出弹体附加质量的变化所引起的阻尼系数的改变量。计算结果表明：附加质量在水深和自由液面附近变化平缓,结构在二者之间运动时变化显著,且由此引起的阻尼系数的改变量不可忽略。     

一种基于离散模块的浮体水弹性响应预报方法

文章基于传统的多体水动力学和有限元方法,将连续的浮体离散为由有限个弹性梁元连接的刚体子模块,各个模块不仅受到相邻模块的水动力的干扰,同时还受到为保证结构连续性而引入的等效连接梁的作用,从而建立了一种新的可以用于求解浮体水弹性响应的数值方法。采用文中的数值计算方法,对一个箱形的超大型浮体的水弹性响应进行了研究。并通过与传统的水弹性方法计算结果的对比,证明了文中的方法的正确性和可靠性。该文的数值计算方法可为以后非均匀海洋环境下浮式结构物的水弹性响应计算提供依据。     

大型集装箱船快速波激响应分析

大型船舶的水弹性分析,对于船舶结构设计尤为重要。论文以某万箱级集装箱船为目标船型,采用三维结构分析与二维耐波性相结合的混合水弹性预报方法,进行快速波激振动响应分析。数值模拟采用MSC. Patran&Nastran有限元方法进行模态分析和基于MFS算法的STF切片法进行耐波性计算,并分别利用Bernoulli梁的解析解和HydroSTAR软件进行模型验证,最后基于模态叠加原理进行频域的波激响应预报。数值结果表明:该混合数值方法简化了网格划分耗时、提高了计算效率、满足了工程计算精度,具有较好的工程实用价值。     

螺旋桨梢涡及梢涡空泡数值模拟

以PPTC(Potsdam Propeller Test Case)桨为研究对象,探索了螺旋桨梢涡及梢涡空泡的数值模拟方法。通过梢涡区域的划分及网格加密,对螺旋桨无空化流场进行了数值模拟,成功捕获了梢涡;然后基于均质混合流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对空化流场进行了数值模拟;并将计算结果与试验数据进行了广泛的比较和分析,以校验计算网格和计算方法。研究表明:无论片空泡还是梢涡空泡的计算结果均与试验观测吻合良好;同时,所得螺旋桨推力和扭矩系数也与试验值符合良好;有效地实现了梢涡捕捉及梢涡空泡模拟。同时指出,水中含气率对推力和扭矩系数的影响大于空泡形态。     

FPSO内孤立波载荷特性数值研究

文章将KdV、eKdV和MCC内孤立波理论应用到内孤立波数值模拟水槽入口速度条件计算,讨论内孤立波与浮式生产储卸油装置FPSO强非线性作用问题。结果表明,数值模拟所得FPSO内孤立波水平载荷、垂向载荷及力矩与实验结果相吻合,内孤立波载荷主要由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,粘性压差力很小,可以忽略;在水平载荷中,摩擦力较压差力约小一个量级,流体粘性的影响不可忽略;在垂向载荷中,摩擦力比压差力小很多,在分析时可以忽略流体粘性的影响。由于FPSO始终处于上层流体中,对内孤立波的模拟波形和其诱导流场的影响很小。波浪压差力可利用傅汝德-克雷洛夫公式基于动压力进行计算,而水平载荷中的摩擦力则需根据内孤立波诱导速度的切向分量对FPSO吃水湿表面求积分的方法进行计算。     

二维多翼翼型中拱线设计方法理论研究

基于势流理论和线性薄翼理论对二维多翼中拱线的设计问题开展理论研究。参考NACAa系列翼型设计思路,从均化翼型载荷的角度出发,建立了考虑多翼干扰效应的多翼翼型中拱线设计方法,将其应用到地效翼和栅格翼中,得到不同线性载荷参数和设计间距下的多翼中拱线解析式。该解析式物理意义明确,影响因素清晰,数学求解方便,对工程估算有重要参考价值。     

造船巨擘叶在馥

叶在馥(1888-1957),是我国著名的船舶设计专家和船舶学教育家,曾长期任职于江南造船所、交通大学。1926~1937年他在江南造船所设计制造船舶、舰艇500余艘。抗日战争期间,他设计建成大批优良的川江轮船。1943年创立了上海交通大学造船系,他担任第一任系主任。本文简要回顾了叶在馥对中国船舶工业作出的杰出贡献。     

基于改进MPS方法的三维时域水弹性计算模型

本文在作者已有的二维改进MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法基础上进行了三维拓展(主要包括三维自由面粒子判断),并通过将计算得到的三维溃坝问题结果与文献中实验结果相对比,验证了所发展模型的准确性。在结构响应计算方面,将刚性和柔性模态耦合并计及相互影响。在此基础上,将流体和结构部分通过迭代方式耦合,从而实现强流固耦合计算。最后,应用上述模型对涉及大刚体位移叠加弹性变形的三维方梁的强非线性时域水弹性问题进行了计算,验证了模型对此类问题的有效性。     

大功率高增压柴油机性能改进研究综述

介绍了上海交通大学内燃机性能学组在高增压柴油机性能改进研究方面的成果,包括二次进气系统、扫气旁通系统、顾氏系统、自动变进排气供油正时系统和一式脉冲转换器涡轮增压系统。     

船舵水动力特性的试验研究

本文介绍在拖曳水池中所做的船舵水动力特性的试验研究。在总结分析一系列试验结果的基础上,用回归分析法得到了一组船舵法向力系数的计算公式,以供实用。