关于m-项及三维船舶在波浪中运动的一种数值计算方法(英文)

文章提出一种基于Rankine源分布的三维船舶运动数值计算方法。该方法可求解定常及非定常的船舶兴波势流场。自由表面条件利用迭模解进行线性化,而物面条件中包含了m-项。由于m-项是定常速度势的物面二阶导数,数值计算有一定困难。文中使用一种直接数值差分方法计算m-项。文中也提出一种满足远方辐射条件的数值差分方法。船舶的下沉和纵倾则通过迭代求解稳态兴波问题获得,从而确定船舶在有航速时的湿表面再进行耐波性计算。该方法的计算与现有模型试验进行了比较,结果令人满意。     

水下滑翔机三维自由扰动分析

水下滑翔机以其低功耗、低成本和低噪声等优势在海洋科研、环境监测、资源探测和军事侦察等领域具有广阔的应用前景,文章分析水下滑翔机三维定常运动自由扰动过程各特征参数的运动模态、衰减速度和稳定性品质。通过对直线定常运动和螺旋定常运动的分析得到了水下滑翔机三维定常运动8个状态参数的变化特点。对水下滑翔机的设计和控制具有一定指导意义。     

近水面椭球体非线性兴波的数值模拟

本文开发了一种去奇异面元法用于计算以定常前进速度运动的近水面椭球体引起的三维非线性自由面势流.采用求解非线性深水波的Stokes理论求解该定常非线性问题;物面用NURBS(非均匀有理B样条)表达;孤立的Rankine源分布在物体内部和自由面上方.给出了波型、波阻以及收敛特性随一些参数的变化规律.波阻计算结果和他人的其它数值结果进行了比较,其吻合程度令人满意.     

基于镜像SPH的三维容器液体晃荡研究

基于SPH方法对液体在三维矩形容器中的非线性晃荡问题进行了数值模拟研究。采用镜像粒子边界建立三维模型,成功解决传统SPH方法在容器壁产生缝隙的问题。对横荡和横摇两种容器运动形式进行数值模拟,在液面时间历程、不同时刻液体形态、点压强以及液体晃荡作用力等方面与其他学者的实验研究结果和数值计算结果进行对比验证,表明此三维模型的正确性。     

基于体积力法的船舶回转运动水动力数值研究

船舶的回转性能是船舶操纵性能的一个重要方面,准确预报船舶回转运动时的水动力对于船舶的安全操纵设计具有重大意义。对照试验数据,应用计算流体动力学(CFD)方法,基于商用软件FLUENT数值求解RANS方程,采用定常旋转坐标系,运用一种便捷的描述型体积力模型代替实体螺旋桨的作用,预报船舶做单平面定常回转运动时的受力和力矩。计算结果与理论值吻合较好,研究表明应用本文所采取的体积力法数值研究船舶定常回转运动是高效、可行的。     

航行船舶的三维非线性水弹性分析

基于Wu提出的浮体二阶水弹性理论[1],研究大浪中航行船舶的非线性水弹性响应,给出了数值方法和计算结果.在二阶水弹性分析中,主要考虑了大角度刚体转动和瞬时湿表面变化引起的非线性水动力.根据三维线性水弹性理论[2],采用移动脉动源格林函数和Kelvin定常兴波假定,求解了对二阶水动力做主要贡献的一阶速度势及响应.最后以航行于不规则波中的小水线面双体船为例,讨论了航速和定常兴波流场对水弹性响应的影响,并对线性和非线性响应的预报结果进行了比较.     

船舶在波浪中的机动操舵仿真

依据MMG方程建立船舶在波浪中四自由度操纵运动模型,根据该模型进行船舶在波浪中定常回转运动仿真,通过仿真得到的定常回转直径与经验估算值比较,证明此仿真方法的可靠性.并在此基础上实现船舶单次机动操舵和多次机动操舵运动状态的数值模拟,从而反映出船舶的操纵特性,为船舶的实际机动操舵运动提供参考.     

碟形水下滑翔机动态稳定性建模仿真研究

碟形水下滑翔机是一种新型水下滑翔机,由于其机身与机翼紧密连接在一起形成类飞碟的流线型,该线型具有全向运动特性,因此碟形水下滑翔机具有极高的灵活性。针对碟形水下滑翔机这一特征,利用多体动力学对碟形水下滑翔机原理样机三维定常运动过程进行仿真,分析其三维动态稳定性的特征;通过直线定常运动和直线滑翔过程中转向运动的轨迹仿真结果可以看出,碟形水下滑翔机的运动轨迹特征与常规水下滑翔机相同,证实设计的碟形水下滑翔机原理样机的可行性。     

碟形水下滑翔机动态稳定性建模仿真研究

碟形水下滑翔机是一种新型水下滑翔机,由于其机身与机翼紧密连接在一起形成类飞碟的流线型,该线型具有全向运动特性,因此碟形水下滑翔机具有极高的灵活性。针对碟形水下滑翔机这一特征,利用多体动力学对碟形水下滑翔机原理样机三维定常运动过程进行仿真,分析其三维动态稳定性的特征;通过直线定常运动和直线滑翔过程中转向运动的轨迹仿真结果可以看出,碟形水下滑翔机的运动轨迹特征与常规水下滑翔机相同,证实设计的碟形水下滑翔机原理样机的可行性。     

新型油船操纵运动数值模拟

新船艇在制造之前要进行操纵性预报,而数值模拟现成为预报中一种较可靠方法。为了研究一艘新型万吨油船的操纵性,采用分离性数学模型(MMG),结合船艇粘性水动力性能特点,构建船艇操纵运动模拟模型,运用4阶龙格-库塔(Runge-Kutta)数值方法求解该微分方程。基于该综合集成方法,对该新油船在满载条件下的定常回转试验、Z形试验等自航模操纵运动进行数值模拟,并将数值模拟结果同该船的自航模试验进行比较,模拟结果与试验数值较吻合。研究表明,利用文中的数值模拟法可以有效实现该新油船操纵运动模拟和操纵性预报。     

Three-dimensional numerical analysis of shipping water onto a moving ship using a particle method

The objective of this study was to develop a numerical analysis method based on the moving particle semi-implicit method for simulating shipping water on a moving ship. Towing tests of a very large crude carrier were numerically analyzed for three typical wavelengths. The ship was forced to move in order to express previously measured ship oscillations, and the calculated fluid behavior and the impact pressure on the deck were compared with the experimental results.     

基于单水听器的移动声源运动参数估计

文章基于水声信道的多途结构,提出了一种利用舰船辐射噪声的单水听器声源运动参数估计方法。首先分析了自相关和倒谱多途时延估计方法,并针对传播水槽实验中随声源与单水听器距离增加自相关和倒谱时延峰信干比降低的问题,提出了基于自相关和倒谱的联合估计方法,提高了多途时延估计的稳健性;其次针对如何利用估计出的D-SR时延差这唯一信息进行运动参数估计的问题,通过逐步分析说明了径向匀速直线移动声源的运动参数估计问题可以在卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)框架下进行求解;最后应用扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)和迭代扩展卡尔曼滤波(iterated extended Kalman filter,IEKF)对水槽实验数据进行处理,所得结果表明:EKF和IEKF都能利用D-SR时延差信息估计出移动声源的距离、深度和速度,并且IEKF比EKF的跟踪效果更好,证明了方法的正确性和有效性。     

Numerical investigation of the gate motion effect on a dam break flow

The effects of a moving gate on dam break flow experiments are numerically considered in this paper. The dam break flow process is modelled by a sudden gate release. A Constrained Interpolation Profile (CIP)-based model is employed to solve the Navier-Stokes equations with the free surface boundary condition to deal with the water-air-gate interactions. In addition, the VOF-type THINC/SW method is used to capture the free surface. The movable gate is simulated by an immersed boundary, and a gate motion formula is proposed from existing experimental data and applied in the dam break flow computations. The difference between the water profile and pressure domain with/without gate motion is examined. The dam breaks with different gate motions are discussed as well. The numerical results show that the proposed gate motion formula correlates well with the numerical modelling, and the gate motion has a significant influence in the water collapse process and cannot be neglected in the study of dam break.     

串列螺旋桨水动力性能的数值预报

为了分析串列螺旋桨的水动力性能,本文运用计算流体动力学理论,结合雷诺时均 RANS方程和相对运动参考坐标系对其三维定常粘性流动进行数值模拟。应用 Fortran语言编制程序计算螺旋桨的型值点,并采用三次样条曲线拟合各点,建立串列桨三维模型。以某一串列螺旋桨作为研究对象,得到螺旋桨的推力系数、转矩系数以及流域内速度分布等水动力特性参数,并给出敞水性能曲线。计算结果与试验数据吻合较好,验证了数值方法的可行性和准确性。     

三自由度摇摆台控制系统设计

介绍一种新型的摇摆台系统,采用并联结构、电机驱动、半闭环和全闭环组合控制的方式,满足了静态定位精度高、连续摇摆运动平滑和高带载能力的要求.在这一系统的设计中,利用运动控制卡、伺服电机和高精度光电编码器构建了半闭环和全闭环组合控制系统,设计了点动和连续转动两种运动模式下的控制方案.为方便用户操作和监控摇摆台实际运动情况,利用运动控制卡和数字I/O卡控件,用VB.NET设计了计算机显示及监控软件,界面方便、友好.     

Influence of the welding sequence on residual stress and distortion of fillet welded structures

T-joints are one of the most common welded joints used in the construction of offshore structures, including ships and platforms. In the present study, a sequentially coupled thermo-mechanical finite element model that considers temperature-dependent material properties, high temperature effects and a moving volumetric heat source was used to investigate the effect of welding sequence on the residual stresses and distortions in T-joint welds. The parameters of Goldak's double ellipsoidal heat source model were predicted using a neural network. The numerical models were successfully validated by the experimental tests. The results show that the welding sequences have significant effects on the residual stresses and distortions, both in the magnitude and distribution mode. The optimization of the welding sequences should be investigated numerically or experimentally before the construction welded structure.     

同步入水双圆柱相互作用的计算研究

为了研究多圆柱入水的相互影响,采用二维CFD方法数值模拟双圆柱同步常速入水物理过程.利用自由液面捕捉法来计算自由液面,将自由液面当作密度域的接触间断来处理,以非均匀密度的不可压缩Euler方程作为控制方程.采用直角切割网格作为离散网格系统和有限体积法进行数值离散,以人工压缩法来实现速度和压力的耦合求解.采用Roe的近似Riemann解算子计算流甬数和一阶隐式的双时间推进法进行时间步进.以三个不同参数的双圆柱入水作为算例,将数值模拟得到的自由液面形状、圆柱压强分布和受力时间历程与单圆柱入水的结果进行了比较.     

航行气垫船激励均匀水深浮冰层位移响应的数值模拟

在均匀水深条件下,基于 ALE算法对匀速航行气垫船激励浮冰层的位移响应问题进行数值模拟。计算不同气垫船速度和河道岸壁宽度条件下的冰层位移响应,获得对应于冰层最大垂向位移变形情况下的气垫船临界速度。计算结果与理论解和试验结果符合良好,验证计算方法的有效性。计算结果表明：在临界速度时冰层下陷位移达到最大,而河道岸壁的存在将会使临界速度减小。     

基于NURBS的船体与桥墩间水动干扰力及力矩的非定常计算

本文在一些假设下完成了船体与桥墩之间水动干扰力及力矩的数值计算工作，所采用的方法是基于非均匀有理B样条(NURBS)的三维Rankine源边界元法，即将船体、桥墩的几何形状以及流场中待求的物理量分布完全表达成NURBS的形式。给出了船体通过圆柱形桥墩时的水动干扰力及力矩的数值计算结果，并进行了一些分析。