邮轮开敞区域典型杆件风致噪声特性数值研究

[目的]旨在研究邮轮开敞区域典型杆件产生的风致噪声。[方法]基于计算流体动力学（CFD）联合声类比法、声振耦合法开展气动噪声与风致振动噪声的数值模拟,探究上述两种噪声产生机理及特性。[结果]结果显示,在不同风速下,圆杆、方杆、椭圆杆的气动噪声最大值频率由脱涡频率主导,风致振动噪声最大值频率由结构固有频率主导。3种不同截面形状杆件产生的气动噪声总体上大于风致振动噪声,且方杆的气动噪声最大。当杆件脉动压力频率接近固有频率时,在大柔度下风致振动噪声会接近甚至超过气动噪声。[结论]设计邮轮开敞区域典型杆件时应选择圆形杆件而避免使用方形杆件,且合理选择杆件尺寸,尽量避免杆件脱涡频率与固有频率接近,以此降低风致噪声。     

考虑细长杆件不同坠落角度的海洋平台甲板损伤预报方法

[目的]在海洋平台吊装作业中,因吊机设备老化以及违规操作等而造成的坠物事故在海洋平台作业中时有发生,其中在杆件结构,如套管、钻铤等设备方面的问题最为常见,因杆件坠落时接触面积小,常会导致板架结构的损伤破坏。[方法]选取细长杆件坠物撞击甲板结构的场景开展结构损伤研究。在此基础上,考虑坠落角度对结构损伤的影响,确定结构损伤变形模型,并运用塑性力学理论,建立考虑杆件坠落角度影响的结构损伤解析预报方法。[结果]结果显示,小角度坠落场景下的结构损伤变形大,结构吸能高,根据结构响应可将坠落角度分为4个角度区间;解析计算结果与仿真计算得到的吸能曲线在数值以及变化趋势上相近。[结论]在杆状结构以一定角度撞击甲板结构时,甲板产生的塑性变形区域形状会随着撞深而产生变化,针对各阶段甲板变形特点的解析计算对海洋平台甲板板架结构抗撞设计评估具有一定的指导意义。     

舰艇气瓶基座结构抗冲击性能评估方法

[目的]基座结构作为连接潜艇设备与舰体结构的重要构件,其抗冲击性能对于舰艇生命力具有重要影响。使用等效静力载荷进行基座—设备抗冲击考核流程简便、计算效率较高,但其仅在低阶响应为主要破坏模式时精度较高。[方法]为此,以空气瓶—基座结构为分析对象,研究基座结构低阶模态质量占比不同时,等效静载荷考核与DDAM设计谱考核方式之间结构应力的相对误差,对比2种考核方式的应力分布关系,明确静G法抗冲击考核计算的具体适用范围。以潜艇结构实际冲击环境为输入载荷,对比分析动力学设计分析方法(DDAM)设计谱抗冲击考核计算结果与时间历程法考核结果的相对误差。[结果]结果显示,当舰艇设备结构的单阶模态质量占比较大时,使用静G法相较于DDAM谱分析方法具有较高的精度。对于安装于潜艇甲板部位的设备,GJB 1060抗冲击标准中规定的冲击载荷可基本等效为冲击因子0.7工况下且爆源均与基座结构在潜艇同一横截面上时的结构冲击环境。[结论]研究结果可为舰载设备抗冲击考核方法的选择提供一定的参考价值。     

基于SACS的半潜平台在位分析

在海洋工程设计中,SACS软件集成了最新的行业规范,对杆件的校核简便易行,在固定式平台导管架和组块的强度计算中占有主导性的地位。但对于浮式平台的设计和校核,应用更多的是MOSES和AQWA。主要基于浮体的运动性能分析。结构强度的分析还是运用通用的有限元软件。通用有限元软件由于没有集成行业规范,杆件校核较为繁琐。本文通过运用AQWA计算浮式平台的水动力,在SACS中简化浮式平台模型,并将AQWA计算得出的载荷传递到SACS模型中,在SACS中完成结构杆件的强度计算和校核。     

基于结构参数抽象模型的内河船舶结构强度校核软件设计北大核心CSCD

[目的]旨在设计一种内嵌规范的内河船舶结构自动校核软件,以解决采用手工规范计算方法进行结构设计带来的校核效率低、模型复用难等问题。[方法]软件基于模型-视图-控制器(MVC)框架,以船体模型为中心,开发结构数据库、可视化剖面、规范计算等核心功能模块。设计结构分层模型进行参数管理和共享,模型抽象化以表达特殊结构并与规范解耦,同时结合派生技术,便于软件更新和模型复用。[结果]算例分析表明,基于结构参数抽象的校核软件可保证规范计算的完整性和精度,实现对各类内河船型及规范的完全兼容与组合校验。与手工计算的结果相比,误差不超过0.06%。[结论]该软件可突破不同船型和规范的限制,实现内河船舶结构校核流程化和智能化,降低设计人员对繁杂规范的依赖,同时提高设计、审图质量和操作效率。与同领域软件相比,所提软件兼具计算准确和快速建模的优点。     

舰船舱内爆炸载荷特征与板架毁伤规律分析

[目的]炸药在自由场、舱室内爆炸时,载荷特征存在很大差别。[方法]模拟不同药量炸药在自由场、密闭舱室与开口舱室中爆炸的过程,并对比数值计算载荷与亨利奇公式计算结果,分析炸药在密闭舱室以及开口舱室内的载荷特征。[结果]研究表明,在密闭舱室中,冲击波在角隅处形成汇聚压力,其在角隅处的冲击波总冲量约为板架中心处冲击波总冲量的1.45倍,而开口舱室角隅处的压力并不明显;与密闭舱室相比,开口舱室的反射压力峰值与准静态压力值均较小;开口舱室的冲击波总冲量约为密闭舱室的20%;密闭舱室板架的失效模式为板架沿加强筋发生塑性变形,沿角隅发生撕裂;开口舱室角隅处并未发生撕裂,但开口边缘处发生了外翻变形;只考虑冲击波作用时,采用数值模拟方法得到的板架中心最大变形值与简化计算方法得到的值比较接近,但在同时考虑冲击波、准静态压力作用时,误差较大。[结论]研究结果可为舱室内爆载荷的特征与板架毁伤规律提供较为合理的预报。     

飞片撞击冲击波载荷在液舱中的弥散效应

[目的]大型水面舰船舷侧受反舰武器攻击威胁较大,通常设置多舱防护结构以保证内部重要舱室的安全。为研究多舱防护结构中飞片撞击冲击波载荷在液舱中的弥散效应,[方法]首先开展爆轰驱动飞片作用小型液舱的机理性试验,获得液舱中典型位置的自由场压力等试验数据;然后基于试验结果验证本文采用的数值仿真方法;最后,计算实尺度舷侧防护结构中液舱对飞片撞击产生的压力波载荷的弥散作用。[结果]结果显示,在液舱中,压力波的压力峰值和冲量随空间位置变化满足指数衰减规律。[结论]研究成果对舷侧防护结构的优化设计有一定的参考价值。     

敷设橡胶圆板近场水下爆炸数值模拟

[目的]为了深入研究敷设覆盖层结构在近场水下爆炸作用下的响应特征,[方法]运用龙格库塔间断伽辽金法(RKDG)、边界元法(BEM)和有限元法(FEM)的耦合计算方法(RKDG-BEM-FEM),研究敷设橡胶圆板在近场水下爆炸载荷作用下的响应特征;通过与试验得到的湿表面压力、气泡形态等结果进行对比,验证计算方法的有效性,探讨近场水下爆炸气泡在柔性边界附近的响应特征。[结果]研究结果表明,敷设实心橡胶能够缩短冲击波的脉宽,但是更容易出现空化溃灭;敷设实心橡胶对近场水下爆炸气泡的变形影响不大。[结论]研究成果可为舰艇抗冲击结构近场水下爆炸设计提供理论依据。     

考虑雷达隐身性能要求的舰艇外形截面设计

舰艇雷达隐身性能设计是舰艇生命力设计的重要内容,直接影响其作战效果。舰艇雷达隐身最为有效的途径是进行外形隐身设计,而舰艇主要截面在雷达波各入射角下的雷达散射截面的大小将决定舰艇整体隐身性能的优劣。本文在介绍雷达隐身性能分析常用数值方法的基础上,研究了通过对不同截面外形的雷达散射截面计算,进而得到隐身性能较好的截面外形的设计方法。文中还进行了全船隐身设计和分析,并与常规设计相比较,验证了外形截面隐身设计的优越性。     

水面舰艇舷侧防雷舱结构水下抗爆防护机理研究

在文献[1]朱锡等人关于水面舰艇舷侧防雷舱结构模型抗爆试验研究结果的基础上,分析了水面舰艇舷侧防雷舱各层防护结构在舷侧遭受水中兵器接触爆炸时的破坏模式,从能量的角度计算了各个防护层的吸能率.提出能量流的概念,揭示了水面舰艇舷侧防雷舱的防护机理,从而为防雷舱的防护设计提供了理论基础.     

基于流固耦合的轮缘推进器水动力性能和强度校核分析

[目的]为了综合分析轮缘推进器的整体水动力性能和强度性能,提出采用基于流固耦合的计算方法进行联立求解。[方法]首先,采用计算流体动力学(CFD)方法计算3种不同导流罩结构的轮缘推进器在不同进速下的推力、扭矩和效率等参数,分析3种结构的轮缘推进器的水动力性能计算结果,以确定最佳的导流罩结构型式;然后,通过联立求解,将CFD计算结果作为轮缘推进器强度校核的载荷条件,计算其在实际工况下的等效应力。[结果]计算结果表明:导流罩对轮缘推进器水动力性能的影响非常大,即使采用相同的螺旋桨模型,不同的导流罩结构也将直接影响整个推进器的推力和效率;对于配置最佳导流罩结构型式的轮缘推进器,螺旋桨在设计航速下的最大等效应力为许用值的68.16%,可以满足设计工况条件下的强度要求。[结论]流固耦合计算方法适用于轮缘推进器的水动力性能和强度校核的有效分析。     

海洋环境对水面舰艇雷达散射截面仿真分析的影响

水面舰艇雷达截面的仿真分析是现代舰艇隐身设计的重要工作.为了提高仿真计算的精确度,本文重点讨论了海洋环境对水面舰艇雷达截面仿真计算的影响.以四路径模型法和无限大介质板模拟法2种方法分别分析海洋环境的散射特性,比较了2种方法的特点,研究了2种方法的使用范围,并提出了适用于水面舰艇雷达散射截面仿真的计算方法.本文给出的算例表明,提出的海洋环境的模拟仿真方法在水面舰艇雷达散射截面仿真计算中是非常有效的.     

舰艇声呐围井结构变形校核及优化

声呐围井是声呐的工作环境，舰艇在遭受水下非接触爆炸载荷作用时，围井结构可能产生过大的变形从而影响声呐的正常工作。采用数值软件建立水面舰艇的三维有限元模型，并用整体模态对比法和局部模态对比法两种方法验证了计算模型的正确性。在此基础上，应用声固耦合法对该艇在遭受特定水下爆炸工况时的声呐围井结构的角点和围井壁进行了变形校核。文中对声呐围井结构的变形过大处采用多种优化方法，综合考虑多方面因素的影响，对比各种优化方法得出最佳的优化方案，旨在为舰艇的声呐围井结构的设计提供参考。     

反舰导弹战斗部近距空爆的毁伤威胁性分析

[目的]对于小口径舰炮的近距拦截而言,反舰导弹战斗部空中爆炸的威力场及其对大型水面舰艇的毁伤威胁性,一直是备受关注的问题。[方法]通过理论分析和基于缩尺战斗部的弹体破碎性试验,建立"捕鲸叉"反舰导弹战斗部的空爆威力场模型。综合考虑炸点相对位置、弹体速度和飞行姿态等因素,建立毁伤载荷对舰艇的作用模型;通过典型舰艇目标的易损性分析,提出大型水面舰艇的等效靶模型。[结果]经计算分析,获得了爆炸冲击波和破片对舰艇结构、舰载固定翼飞机、舰面技术装备以及舰员的毁伤威胁距离。[结论]所建立的模型和计算方法可用于"捕鲸叉"反舰导弹近距空爆毁伤威胁性的定量分析,可为相关研究提供依据和技术支撑。     

基于缸压信号的星型压缩机动力学分析

[目的]对于星型多级往复式高压压缩机,各级气缸压力变化情况一直没能准确掌握,相关的动力学分析也只是基于理论值来计算,而测取压缩机实际气缸压力情况对于提高星型压缩机动力学分析的准确性有一定的帮助。[方法]采用气阀阀杆钻孔的方法,在不破坏气缸结构的情况下,成功测取各气缸在不同工况下的压力,并测试气缸盖和基座的振动加速度。通过理论分析该型压缩机对二阶惯性力的自平衡能力,简化曲柄连杆机构构造ADAMS动力学模型,运用参数化设计的方法得到最佳平衡重质量。在排气压力为25 MPa的工况下,将测取的气体力转化为对活塞的作用力加载到活塞质心,得到主轴承的受力情况。[结果]结果表明,主轴承受力以一阶和三阶惯性力为主,压缩机工况变化主要影响三、四级气缸压力,一级缸的振动相对剧烈。[结论]该型压缩机曲柄连杆机构自平衡能力良好,测试结果可对于理解该型压缩机气缸压力的特点及分析压缩机振动的特性提供参考。     

载运履带式车辆装备的船舶局部强度校核

[目的]为提高载运履带式车辆装备的船舶局部强度校核的准确性,减少因承载过重而导致船舶变形甚至断裂的情况发生,实现军事装备的安全运输,[方法]对装备航运过程中的受力(包括重力、系固力、惯性力、波溅力、风压力以及摩擦力)进行分析,结合船舶甲板板架结构的特点,考虑船体腐蚀所带来的不利影响,利用工程力学原理,对船舶局部强度校核方法进行修正。[结果]得出了稳性校核和强度校核修正公式。[结论]实例验证发现,修正公式计算的精确度大于未修正的校核公式,能有效避免船舶事故的发生,可为民船载运履带式车辆装备提供技术参考。     

砰击载荷作用下船底肋骨等效设计压力的确定

通过一个船体二维分段的自由落体试验,测量模型入水速度、砰击压力和结构响应,获得模型底部板架在砰击载荷作用下的响应特征;对结构模型在均布静压力作用下的应力响应进行有限元分析;比较试验和计算得到的应力响应,获得作用在模型肋骨上的砰击压力的折减系数,从而使该结构在设计时仍可按常规的静力计算方法进行强度校核。该折减系数与船体入水速度成线性关系,在已知船体设计入水速度和试验压力分布时,可以获得船体设计均布静压力。     

基于SPH方法的M型快艇入水载荷仿真分析

[目的]为研究M型快艇典型截面结构入水过程中受到的水动力载荷,[方法]基于光滑粒子动力学(SPH)液-气两相流算法,模拟平板和弓形模型的入水过程,以验证所用算法的精确性。在此基础上,模拟M型快艇典型截面结构的入水过程,并与相关文献的试验结果进行比较。[结果]结果显示:两种结构入水过程的仿真结果与试验结果吻合较好。M型快艇入水过程中存在二次砰击现象,即在主船体斜升角较大时会导致第1次砰击载荷较小,若斜升角过大时第2次砰击过程中结构则受到的砰击载荷会显着增加。[结论]研究结果表明,SPH两相流算法可以很好地模拟M型快艇入水过程,斜升角的设计大小应适当。     

悬挂式铝合金整体壁板压杆的稳定性校核方法

[目的]悬挂式铝合金整体壁板结构在气垫船中得到了广泛应用,鉴于铝合金的弹性模量较低,且铝合金框架结构的失稳问题突出,因此需要对其稳定性校核方法进行研究。[方法]采用非线性有限元方法对悬挂式铝合金整体壁板的压杆进行稳定性分析,比较《海上高速船入级与建造规范》和《铝合金结构设计规范》中关于铝合金受压构件的稳定性设计公式和适用性。[结果]得出了悬挂式铝合金整体壁板压杆的失稳规律,并提出了压杆的校核方法和肘板布置方法。[结论]研究成果可用于指导悬挂式铝合金整体壁板结构的设计。     

管路弯头流致振动的影响因素分析

[目的]弯头是管路系统的重要构件,在管路运行时弯头因受到流体激励而产生振动,是管路系统总体振动的主要因素之一。为了更好地理解管路弯头流致振动产生的机理,[方法]通过有限元数值计算和实验相结合的方法,针对弯头直径、曲率半径和弯曲角度等参数,开展弯头在湍流作用下的流致振动研究,以得到不同曲率半径、弯曲角度的弯头在不同管内流速下对流体脉动压强、结构振动响应的影响规律。[结果]结果表明:曲率半径和流速对弯头结构振动响应的影响明显,因此在管路系统声学设计中应高度重视。[结论]研究结果可为管路系统声学设计时的弯头结构布置提供参考和依据。