PIV的原理与应用

PIV是一种无扰动的二维流场测试技术。随着计算机技术、图像处理技术的快速发展 ,该技术近10年来有了长足的发展。详细阐述了PIV系统的结构与互相关分析原理 ,不但提供了在单向流实验中ADV与PIV的对比结果 ,而且提供了桩基码头模型时的涡流场分布 ,充分体现了PIV的实用价值。     

基于光流卷积网络的粒子图像测速自动掩模及速度场计算

粒子图像测速（PIV）技术是一种定量的非接触式全局速度场测量技术。在船舶与海洋工程领域,PIV实验中拍摄的粒子图像常出现结构物遮挡或自由液面等干扰现象,需要对其进行掩模后计算液相区域速度场。因此,实现PIV图像中干扰区域自动掩模及液相区域速度场高精度计算具有重要的意义。本文基于光流卷积神经网络LiteFlowNet,设计了一种可实现自动掩模及速度场计算的深度学习模型Mask-PIV-LiteFlowNet,并使用基于物体入水PIV实验图像掩模数据集和PIV速度场计算数据集制作的数据集对其进行训练和测试。测试结果表明,该模型能够有效减少临近掩模边界区域的速度场计算错误并能够精细地提取流场小尺度流动信息,相比于当前先进的PIV深度学习模型PIV-LiteFlowNet-en,本文提出的模型在对带结构物的合成粒子图像进行流场计算时精度获得了至少14.5%的提升,计算速度上获得了5.7%的提升。最后,使用楔形体入水PIV图像对提出的模型进行了测试,验证了模型的泛化能力。     

通气超空泡内部流场PIV测试方法

研究通气超空泡内部流场的PIV测试方法。通过合理选择空心玻璃珠示踪粒子,利用流化床粒子布撒装置并合理设计通气管路解决了示踪粒子通入问题,采用二维PIV测试系统实现了水洞实验的通气空泡内部流场测试,获得了通气超空泡内部清晰的粒子影像,经数据处理得到了流场速度及涡量分布。实验表明采用PIV技术可实现对通气超空泡内部流场的测试,测试结果能够揭示流场的结构特征,可以为空泡流理论的深入研究提供实验依据,所给出的超空泡内部流场PIV测试实现方法可供其它相关研究借鉴和参考。     

多矢量推进水下航行器深度分组控制数学建模分析

传统水下航行器控制模型分析算法缺少对矢量动力参数的模型分析计算逻辑,因此造成控制模型分组参量关系分析不足,导致水下航行器控制动力输出量出现偏差的问题。因此,提出多矢量推进水下航行器深度分组控制数学建模分析。通过引入非线性适量运动算法,对水下航行器矢量推进下的运动进行数学模型建立分析;得到运动参数后,引入动力分组控制算法,根据计算得到的运动参数,对水下航行器进行深度分组控制模型的建立计算,从而得到准确的控制参量。最后,通过设计的仿真实验对上述分析结果进行准确性验证,证明提出方法的可行性。     

浮筏隔振效果评定的矢量四端网络参数方法与试验研究

将矢量四端网络参数计算方法引入到浮筏隔振系统隔振效果评定中。把浮筏隔振系统分解成若干子结构,在每个子结构内建立输入输出的矢量四端网络参数矩阵,利用试验测试导纳数据,计算得到了浮筏系统各个层面的振动响应特征参量,采用功率流振级落差评定了浮筏隔振装置的隔振性能。计算结果与试验结果对比表明:所采用的计算方法合理,可以准确预报浮筏隔振系统的振动能量传递,为实际浮筏隔振效果评定提供了一种工程计算方法。     

单矢量水听器MUSIC估计与互谱估计的性能比较研究

为了研究单矢量水听器的目标方位估计能力,将MUSIC算法和互谱法分别用于单矢量水听器方位估计。根据单矢量水听器的阵列流形特点,将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上,实现了单矢量水听器的MUSIC高分辨方位估计。对单个的目标进行方位估计仿真,同时将MUSIC算法与互谱法进行比较,得到在低信噪比下,MUSIC算法的方位估计精度要高于互谱法。在高信噪比下,MUSIC算法和互谱法的方位估计有比较好的性能。水库试验数据验证了该MUSIC算法和互谱法的有效性。     

氢气泡DPIV技术在圆柱绕流流场测定中的应用

将氢泡示踪法与数字图像分析技术结合,设计了一套粒子图像流场观测装置,对不同雷诺数下的圆柱绕流流场进行了观测。实验中清晰观察到圆柱绕流的卡门涡街现象。采用基于互相关算法的分析软件对图像进行处理,得到流速矢量图、等值线图及涡量图。根据图像及计算结果,分析了一个拟周期内圆柱后涡旋的发展、演化过程。实测结果表明,随着雷诺数的增大,圆柱绕流近尾迹区长度逐渐缩短。将流动特性实测结果与相关文献进行了对比,结果基本一致。     

单矢量水听器基于互谱测向的多目标分辨

利用单个矢量水听器可以测出目标声源的方位,提出了一种利用单矢量水听器基于互谱测向的多目标分辨方法。利用互谱测向方法计算出测量过程中各个目标的方位变化轨迹,画出方位历程图,根据方位历程图选择目标方位相差比较大的时刻,根据方位信息提取出各自目标声源的特征谱;只要目标声源的特征谱不重合,就可以分辨出多个目标。本文结合仿真说明了分辨2个目标的方法和计算过程,利用本方法可以分辨2个或更多目标。     

基于改进的浸没边界-格子Boltzmann方法的圆柱绕流仿真计算

基于Suzuki等人提出的浸没边界-格子Boltzmann方法,采用作用力格子Boltzmann模型,提出了一种改进的浸没格子Boltzmann算法。对比相同计算循环次数的圆柱绕流仿真结果发现,改进算法通过提高流场速度分布函数的计算精度来简化流固边界表面作用力计算方法,避免了使用迭代计算,简化了计算流程,使得在低雷诺数定常流动圆柱绕流仿真时,圆柱绕流流线的对称性得到了保证,计算更为稳定,且计算效率得到了显著提高。在定常流与非定常流的圆柱绕流仿真应用中,论文计算结果与其他文献中的结果吻合较好,表明了改进算法的有效性。     

楔形体入水初期流场的数值模拟

本文应用VOF方法对楔形体入水初期流场进行了数值计算与分析，并与楔形体入水初期流场PIV试验结果及高速摄影流态显示试验结果做了比较。结果表明，水下流场的流态与PIV试验结果一致，自由面形状与高速摄影试验结果一致，贴近物面有一股向上的射流，速度很高。本数值计算方法可以较好地模拟水下速度场、捕捉自由面形状，并能模拟入水喷溅现象。     

半开式径向叶轮上游预旋流动研究

叶轮进口上游的预旋流动是影响流体机械水力及空化性能的重要因素,主要采用粒子成像测速（PIV）技术对半开式径向叶轮上游的预旋流动进行试验研究。通过对比不同转速和流量工况下的PIV试验结果,发现在叶轮上游吸入管内均存在与叶轮旋转方向一致的预旋流动,且偏离设计工况越远、距离叶轮越近、其预旋速度相应也越大。同时,叶轮旋转的影响还可通过流道向上游传播,继而在吸入管内诱导产生涡量场。因此,有必要基于RANS方程组及RNG k-ε湍流模型进行叶轮全流道三维湍流流场的数值模拟。结合试验和数值模拟的结果,可发现吸入管内部预旋流动主要为沿旋转方向的周向流动,而沿半径方向的径向流动很小,且径向速度在数值上要比周向速度小一个量级。     

An improved method for estimating internal solitary waves force on small circular cylindrical structures

Theoretically calculation and laboratory experiments were performed to investigate the horizontal force exerted by internal solitary wave (ISW) on small circular cylindrical structures. Improvement in calculation of drag force and inertia force by introducing two-drag-coefficient method and spatial derivative of velocity into the calculation of force by eigenfunction was made based on systematically study on theoretical foundations. Particle image velocimetry (PIV) method and high precision force sensor were used to measure the velocity and force exerted by ISW, respectively. ISW waveform was traced by analyzing image frames follow grayscale threshold method. For the first time, components of horizontal force were calculated from PIV data, which show good agreement with theoretical one. Moreover, series comparisons between experimental data and calculational results were carried out to examine the proposed method. The results show ideal accuracy of the method and significant improvement comparing to the traditional method.     

基于CIVIL 3D的防波堤工程量计算分析

本文基于CIVIL 3D建立某海外港口防波堤模型,解决在原有防波堤基础上新建防波堤后的工程量计算问题。本文将介绍整个建模过程和思路,通过软件分析得到新建防波堤的精准工程量,并通过构建原有防波堤BIM模型对比实际已建防波堤的工程量验证模型的正确性,最后通过对比传统防波堤计算方法表明基于CIVIL 3D软件的BIM建模更加精准有效。     

Use of a 3D compartment model for simplified full ship FE model. Part II: validation of the simplified FE model

This is Part II in a series of papers. Part I (J Mar Sci Technol 13:154–163) deals with an approach employed to construct a simplified FE model using a 3D compartment model available from the beginning of the ship design process. This paper begins by describing the limitations of an analytical approach based on shear warping beam theory for assessing torsional strength. Next, the structural parts of a container ship that have a negligible effect on hull girder bending strength and torsional strength are determined. This is verified by removing these parts from a conventional FE model and comparing the results obtained using this modified model with those yielded by the original model. The fore end part, the aft end part and the deck house are examined. Since these parts have complicated structures and relevant drawings for them are issued later than cargo structure drawings, modeling them exactly can result in a delay in the completion of the full ship FE model. This paper also verifies the validity of the simplified FE model built by applying the method proposed in Part I and comparing the results obtained with it with those given by a conventional full ship FE model. The stresses on hatch coaming top, the maximum diagonal elongations of the hatch coaming, and the maximum hatch corner movements are evaluated to check the validity of the simplified model.     

机械和螺旋桨振动噪声作用下的物探船水下辐射噪声数值预报

探讨了考虑机械噪声和螺旋桨噪声共同作用下物探船水下辐射噪声有效计算方法,采用基于结构有限元-声学边界元的声固耦合模式直接一体化计算水下总辐射噪声级。建立了某物探船整船三维结构有限元模型以及流体声学边界元模型。在船体总振动响应分析基础上,将螺旋桨噪声以点声源的形式与机械振动源同时输入到统一声学环境中求解,对物探船水下辐射噪声进行数值预报,给出了物探船辐射噪声指向特性,并比较了两类噪声源一体化计算方法与直接叠加合成方法在物探船水下辐射噪声计算结果的差异。研究表明,采用机械噪声与螺旋桨噪声直接叠加合成总辐射声级的方法在工程精度上可接受,但一体化计算是更合理的处理方式。     

物体斜出水过程的轴向水动力参数辨识

文章对约束物体零攻角高速出水的轴向水动力参数进行了辨识,获得了轴向方向的附加质量和阻力系数的非线性模型.同时,用零攻角的其它斜出水试验状态下的试验数据对辨识结果进行了验证,验证表明,利用辨识获得的水动力模型计算的结果与试验数据比较吻合,辨识算法是有效的,获得的水动力模型是可靠的.     

Error correction of a predictive ocean wave model using local model approximation

Constructing models from time series with nontrivial dynamics is a difficult problem. The classical approach is to build a model from first principles and use it to forecast on the basis of the initial conditions. Unfortunately, this is not always possible. For example, in fluid dynamics, a perfect model in the form of the Navier–Stokes equations exists, but initial conditions and accurate forcing terms are difficult to obtain. In other cases, a good model may not exist. In either case, alternative approaches should be examined. This paper describes an alternative approach of combining observations and numerical model results in order to produce an accurate forecast. The approach is based on application of a method inspired by chaos theory for building nonlinear models from data called Local Models. Embedding theorem based on the time lagged embedded vectors is the basis for the local model. This technique is used for analysis and updating of numerical model output variables to forecast and correct the errors created by numerical model. The local model approximation is a powerful tool in the forecasting of chaotic time series and has been employed for wave prediction in a forecasting horizon from a few hours to 24 h. The efficacy of the local model as an error correction tool (by combining the model predictions with the observations) compared with the predictions of linear auto regressive models has been brought up. In the present study, the parameters driving the local model are optimized using evolutionary algorithms.     

舰船防共振模糊可靠性分析

由于舰船结构的复杂性,以至于在考虑其防共振可靠性时,必须考虑多阶固有频率的问题。另外,由非共振到共振是一个渐变过程,两者之间并不存在明显的界限,存在着模糊不确定性,因此必须结合模糊数学理论来处理。本文基于模糊共振准则,分别建立了单频激励多自由度无阻尼结构和多频激励多自由度无阻尼结构模糊振动可靠性分析的数学模型。通过算例演示了模型的计算结果,并与相关文献结果做比较,验证了理论的正确性。     

深水静压载荷作用下多层夹芯结构相似特性分析

为深入研究大尺度多层夹芯厚板结构静压形变特征,基于量纲分析方法,进行深水静压载荷作用下多层夹芯结构相似特性分析,建立了缩比模型和原始模型的位移及应力应变之间的相似特征关系。通过具体算例分析,提出了表层弯曲刚度对相似特征的影响规律系数,即影响因子,开展了影响因子随模型缩比率的变化规律研究,并给出了影响因子的具体求解步骤。最后通过有限元仿真,对比了几种不同的模型缩比方案,结果验证了本文提出的模型缩比方案的合理性和优势。     

基于GPS基线向量的舰载火箭弹姿态测量方法

提出一种利用GPS载波信号相位差测量技术进行实时确定弹体姿态的方法。通过对载波相位差测量航向和姿态原理的分析,建立GPS姿态确定的单差模型,推导采用GPS多天线姿态测量技术实时获取弹体飞行姿态的解算算法,应用最小二乘法估计解算基线向量,然后对GPS姿态估计算法进行仿真计算。仿真结果验证了模型、算法的正确性和有效性。