基于板壳模型的减摇鳍鳍翼水力负荷结构分析

为了提高减摇鳍仿真模拟工作的效率和仿真模拟的精确度,基于ANSYS软件中的Workbench-component systems建立鳍翼的板壳模型,采用FLUENT软件与ANSYS软件相结合的方式对减摇鳍进行流固分析。利用FLUENT软件对某型减摇鳍鳍翼进行水动力分析,获得鳍翼在流场中的升力和阻力;将鳍翼受到的升力和阻力分别施加到基于实体单元和板壳单元的鳍翼结构有限元模型上,进行鳍翼结构响应分析。结果表明:与实体模型相比,基于板壳模型的鳍翼结构有限元分析建模工作量小、计算耗时少、数值模拟计算精度高。对于鳍翼而言,在结构上和力学性能上更适合用板壳模型进行有限元分析。     

水翼涡激振动的数值模拟研究

对二维水翼结构进行流固耦合运动分析,利用大涡模拟方法计算高雷诺数下水翼绕流场,流场力作用于二自由度刚体上导致周期性的垂荡和转动,龙格库塔法求解刚体水翼的运动方程,位移参数作为下一时间步流场计算的边界条件,具体通过编译自定义函数控制刚体运动和流场网格变化。探讨了初始攻角、刚心位置以及来流速度对水翼振动的影响,发现在来流速度增大至某一数值时水翼发生了颤振现象,并在时域与频域上对颤振的发生机理进行深入探讨。     

水翼涡激振动的数值模拟研究

对二维水翼结构进行流固耦合运动分析,利用大涡模拟方法计算高雷诺数下水翼绕流场,流场力作用于二自由度刚体上导致周期性的垂荡和转动,龙格库塔法求解刚体水翼的运动方程,位移参数作为下一时间步流场计算的边界条件,具体通过编译自定义函数控制刚体运动和流场网格变化。探讨了初始攻角、刚心位置以及来流速度对水翼振动的影响,发现在来流速度增大至某一数值时水翼发生了颤振现象,并在时域与频域上对颤振的发生机理进行深入探讨。     

基于有限元法的流体与结构的耦合研究

对有限元法离散流固耦合方程进行了简要的介绍,给出了粘性流体与弹性结构的全耦合模型。流体采用k-ε湍流模型进行了有限元计算,采用ALE描述实现固体Lagrangian描述到流体Eulerian描述的过渡,使大变形带来的流体域网格畸变得以避免。对流固耦合方程,采用流固全耦合的迭代算法进行了迭代求解,最后模拟了高雷诺数下湍流流动中冲击致使涡轮结构旋转的过程。计算结果表明,流固耦合的算法是可靠的。     

考虑流场影响的破冰船艏部结构响应

建立破冰船破冰场景,基于流固耦合法进行数值仿真计算,分析水域流场对船体的冲击压力变化、流场的速度分布变化和流场的动能变化。将采用流固耦合法得到的计算结果与采用附加质量法得到的计算结果相对比,分析二者在船首的碰撞力大小、损伤变形和局部冰载荷等方面的差异,揭示流场对船-冰碰撞的影响规律。该研究对破冰船结构设计具有一定的参考价值。     

基于浸没光滑有限元法的双圆柱体运动问题研究

本文采用浸没光滑有限元方法对二维流域内双圆柱体运动时的干扰问题进行研究.通过引入虚拟流体假设将流固耦合控制方程进行分解,采用新型光滑有限元方法离散固体运动方程,并用半隐式特征线分裂方法(CBS)求解不可压缩粘性流体N-S方程,流固相互作用力通过虚拟流体域进行计算.结果表明该方法能很好地模拟双体运动干扰作用及引起流场特性的变化.     

舰船低频水下辐射噪声数值计算方法对比研究

针对舰船在低频域内考虑流固或声固耦合作用的振动与声辐射计算问题,探讨了流固耦合与声固耦合动力学方程的等效性条件及两者差异,同时指出流固耦合方程与声固耦合方程在水下辐射噪声计算中不可联立求解或关联求解,进而结合国内研究现况归纳出舰船水下辐射噪声四种数值计算方法。以某小水线面双体船(SWATH)为例,采用声功率作为评价标准,比较各类方法在建模难度、求解规模、计算精度和效率等方面的优劣。研究表明,四种数值算法的计算结果均能满足工程需要,但采用声固耦合分析模式计算低频域水下辐射噪声较流固耦合分析模式在计算精度上有一定程度的提高。推荐声固耦合分析模式的耦合间接边界元(IBEM)方法为舰船水下声辐射数值预报首选方法,可为国内舰船水下辐射噪声计算提供参考与建议。     

船舶内燃机绝热包敷排气消声器温度场数值模拟

内燃机的排气是高温气体,排气消声器外表温度对周边临近设施的影响应控制在一定的限度内,其温度场状况依赖于绝热包敷的材料和结构性能。文中所研究的消声器模型是一个流固耦合传热模型。研究使用CFD软件对模型进行三维数值模拟,采用带有传热面的消声器计算模型,用N-S方程和k-ω模型来模拟消声器内部流场及壁面温度场,并对计算结果进行后处理分析。     

基于单向求解、双向流固耦合的悬臂平板绕流涡激振动特性对比研究

本文采用双向流固耦合研究一端固定的二维平板(展向无限长)涡激振动特性,通过流场和结构之间力和位移的相互传递来实现双向耦合。同时,对不同雷诺数下的平板绕流涡激振动进行了计算,并与单向求解算法进行了对比。计算结果表明,当涡脱落频率接近结构固有频率时,将出现频率锁定现象,同时结构将产生极大的位移响应。在锁定雷诺数区域中,双向流固耦合结构位移响应明显小于单向求解算法,而在其他非锁定区间,两种算法差别较小。     

舰艇结构水下振动和声辐射特性研究

以舰艇结构振动与噪声预报为研究背景,采用有限元和边界元相结合的方法研究水下航行器的振动和声辐射特性,提出对流固耦合界面、流场边界的处理方法,并采用模态试验对理论计算模型进行修正;通过对实验及计算结果的分析,探索了流体、圆柱形壳体、动力装置和隔振器组成的流固耦合体的动力学特性,为舰艇结构声学设计提供了参考.     

舰艇结构水下振动和声辐射特性研究

以舰艇结构振动与噪声预报为研究背景，采用有限元和边界元相结合的方法研究水下航行器的振动和声辐射特性，提出对流固耦合界面、流场边界的处理方法，并采用模态试验对理论计算模型进行修正；通过对实验及计算结果的分析，探索了流体、圆柱形壳体、动力装置和隔振器组成的流固耦合体的动力学特性，为舰艇结构声学设计提供了参考。     

流固耦合下的复合材料螺旋桨变形特性研究

为了研究易变性复合材料螺旋桨在水动力作用下的变形特性,通过流体计算控制方程和结构有限元方程,建立复合材料螺旋桨流固耦合算法,并利用Ansys／AnsysCFX软件计算流固耦合下指定材料的系列螺旋桨水动力性能,将NBA材料桨计算结果与试验结果进行对比,验证了流固耦合算法的准确性。分析了指定复合材料螺旋桨变形前后水动力性能变化,在此基础之上,进一步分析了复合材料桨叶在特定进速下的应力分布,以及不同进速下各桨叶的变形规律。     

整流鳍在LNG船上的应用

为了解整流鳍对LNG船艉部伴流场的改善效果,通过CFD计算及模型试验对LNG船艉部冷却水出口处的整流鳍的不同布置方案进行分析,发现整流鳍与冷却水排舷外出口的相对位置是影响艉部不均匀流场的主要因素。实船测试结果显示应用优化后的整流鳍LNG船艉部伴流场更加均匀,振动问题得到有效的改善,同时快速性能也得到了提高。     

浸没圆柱壳低频自振频率计算中流固与声固耦合模型统一性分析

流固耦合与声固耦合模型是分析流场中圆柱壳自振特性的常用理论模型。现有的研究表明,基于这2种理论模型的流场中圆柱壳低频自振特性计算结果吻合较好,但尚未有关于二者本质联系方面的研究。分别基于这2种理论模型求解浸没圆柱壳的自由振动,基于圆柱壳自由振动的Flügge方程进行相关公式的推导,并提出利用Galerkin法求解特征方程的方法。结果显示,采用该方法既可求得各阶模态固有频率的精确解,又能显著提高运算效率。对2种理论模型进行统一性分析,从贝塞尔函数的性质出发,证实流固与声固耦合模型虽然是基于不同的理论基础,但在求解浸没圆柱壳低频自振特性上其本质上是一致的,且通过算例的对比,证明2种模型在低频段计算结果吻合较好。     

考虑流场影响下破冰船艏部结构响应研究

通常考虑船-冰碰撞附连水的水动力效应有附加质量法和流固耦合法。本文建立了破冰船破冰场景,基于流固耦合法进行了数值仿真计算,分析了水域流场对船体的冲击压力变化、流场的速度分布变化以及流场的动能变化。同时与附加质量法的计算结果进行了比较,对比分析了船艏的碰撞力大小、损伤变形以及局部冰载荷等差异,揭示了流场对船-冰碰撞的影响规律,对于破冰船结构设计具有重要的参考价值。     

基于功率方程的圆柱体涡激振动研究

针对预测结构涡激振动响应的半经验性模型,根据动力学普遍方程(达朗贝尔-拉格朗日原理)建立了自由振动圆柱的涡激振动功率方程模型。该模型的建立过程不需要引入经验性参数,是研究流固耦合问题的一般方法,适用性强,易于拓展。为了评估自由振动圆柱功率方程的可靠性,利用计算流体力学(CFD)数值模拟提供的流场信息对功率方程进行求解并与实验结果进行对比。结果表明该模型能够有效地预报圆柱的涡激振动响应。     

仿驼背鲸减摇鳍升力数值计算

驼背鲸鳍的前缘突出部有利于鳍上的升力提升.提出了一种模仿驼背鲸前鳍的减摇鳍,这种鳍型的前缘有正弦形的突出部.借助计算流体力学软件FLUENT,对这种模仿驼背鲸前鳍的新型鳍型进行了数值模拟流场计算,并与相同几何尺寸的标准NACA0015减摇鳍所测得的水池实验数据进行了对比,发现采用了前缘有圆形突出部设计的新型减摇鳍在相同条件下能提供更多的升力.对升力的增加机理进行了简要的分析.     

复合材料螺旋桨双向流固耦合计算

为研究复合材料对螺旋桨水动力性能和结构特性的影响,在Workbench平台上,采用基于粘性流理论的计算流体力学方法与有限元软件实现流体载荷与结构变形的双向耦合传递。以DTMB4381为研究对象,首先考虑镍铝青铜(NAB)螺旋桨的微小变形,采用双向流固耦合方法计算不同进速系数下的水动力性能,并与敞水试验值进行对比,误差较小,验证了双向流固耦合方法的准确性。然后将复合材料考虑为各向同性,对玻璃纤维材料螺旋桨进行双向流固耦合求解,得到复合材料螺旋桨在不同进速系数下的水动力性能及结构特性,并将流体和结构计算结果与传统的金属螺旋桨比较分析,总结材料对螺旋桨性能的影响。双向流固耦合方法为今后各向异性复合材料螺旋桨的深入研究打下基础。     

考虑流固耦合影响的桩基波浪力简化计算方法

离岸深水全直桩码头,由于其桩基的自由高度大、柔度增加、自振周期长,且位于无掩护开敞海域,波浪与结构相互作用问题突出。如何考虑流固耦合作用对桩上波浪力的影响,并建立便于工程应用的计算方法,是工程实践提出的亟待解决的课题。文中利用有限元软件ADINA建立了水体和桩基结构相互作用的三维有限元数值模型,并采用有限元数值模型对考虑流固耦合影响的改进Morison波浪力计算公式进行了验证。采用改进Morison波浪力计算公式研究了流固耦合对桩身波浪力的影响,并给出了考虑流固耦合影响的波浪力放大系数图表。在此基础上,提出了考虑流固耦合影响的波浪力简化计算方法。     

二维弹性平板绕流锁定发生机理研究

本文采用双向流固耦合来研究一端固定二维平板涡激振动特性,通过动网格技术来实现流场和结构之间力和位移的相互传递。对不同雷诺数下平板绕流涡分离进行计算,成功捕捉到了锁定现象,并对其发生机理进行研究。计算结果表明,当涡脱落频率接近结构固有频率、结构表面压力分布与结构模态一致、尾涡强度达到一定水平,即可产生锁定现象。