冰区航行船舶冰阻力数值研究进展

冰阻力是影响船舶在冰区航行性能的关键因素。当前主要的冰阻力研究方法有经验公式法、模型/实船试验法和数值模拟方法。数值模拟方式能够对船舶破冰的全过程进行快速模拟，且模拟成本低，参数易于控制 、结果较为准确，是一种比较适宜的冰阻力预报方法。随着计算技术的进步，各种数值模拟方法层出不穷，其中包括基于网格单元的有限元模型，基于无网格方法的离散元模型、SPH法、近场动力学模型等；近年来，网格模型与无网格模型的耦合方法也逐渐发展起来。文章简要梳理了冰区航行船舶冰阻力数值研究的进展，并基于研究现状提出尚需进一步解决的问题，意在为进一步提高冰阻力数值模拟精度提供参考。     

复合驱动仿生胸鳍机构设计与水动力研究

针对仿鱼型海洋探测机器人低速时的机动性问题,受鹞鲼鱼类依靠胸鳍摆动实现各种水下运动的启发,设计出一种基于共融理论的复合驱动刚-柔多体耦合仿生鱼胸鳍机构。通过构建基于三维非定常湍流控制方程组的柔性鳍摆动系统水动力学模型,研究仿生胸鳍柔性鳍面摆动时周围压力和速度场的变化情况,分析不同摆动幅度和频率下鳍面的水动力学特性,揭示仿生鹞鲼机器鱼的水下运动机理,对摆动胸鳍的水动力进行仿真。结论表明:鳍面摆动时周围的漩涡能够引起胸鳍面上推力、升力及侧向力按类似正弦变化,而推进力和侧向力的大小随摆动幅值和摆动频率增加而增大。     

不同冷却方式对大尺寸钢板感应加热成形的影响

为有效解决船用中厚钢板复杂曲面加工问题,本文探究了空气冷却、正面水冷和反面水冷方式对大尺寸钢板弯曲成型的影响因素。首先采用COMSOL Multiphysics仿真平台模拟了电磁感应加热和冷却变形多物理场同步耦合过程,然后分析了各种因素对大尺寸钢板弯曲成型影响,最后通过实验验证了有限元模型的可靠性,并对感应加热弯曲成型效果进行评估。研究结果表明:(1)相对于水冷,空冷对钢板Y向位移改变效果显著。(2)相对于空冷,水冷对钢板角位移的改变影响明显。(3)当频率为50kHz时,电流频率对表面温度和角位移影响显著。(4)当钢板长宽比≥1:2时,Y向位移的增加比较显著；当长宽比≈1:1时,角位移的改变比较明显。     

基于IVCBC涡方法和动刚度矩阵的 深海立管的三维计算模型

文章针对深海立管长细比非常大的结构特征,视立管为质量集中的多自由度索模型系统。通过有限体积法将该模型系统离散为多个有限体单元,首次提出基于应变能计算立管动态刚度矩阵的算法,并采用IVCBC涡方法计算有限体的外载荷,构建了一种三维数值研究深海立管涡激振动的新方法。应用该数值计算方法探索了立管耦合前后的振型、尾流模型、流体力以及泄涡频率的特征。发现了立管涡激振动的涡泄频率不再满足Strouhal数的规律和多频"锁定"现象导致立管出现多种高阶模态振动共存的特征,该研究为立管的设计制造提供了重要的指导意义。     

基于改进隔离罩涡流损耗的磁耦合传动装置温度场分析

磁耦合传动装置作为水下大深度尾轴密封的有效方法,工作时钛合金隔离罩温升过高可导致结构发生形变,永磁体退磁。本文基于磁耦合传动装置的工作特点,建立2D和3D损耗模型,计算不同永磁体布置方式下隔离罩涡流损耗,择选出最小损耗布置方式。利用Fluent软件建立三维温度场有限元分析模型,对涡流损耗优化后的磁耦合传动装置,隔离罩、永磁体等主要部件瞬态温度场求解分析。仿真结果表明,永磁体轴向分4段时,隔离罩涡流损耗最小,各部件瞬态温升满足安全性能要求。     

东海涌浪环境下大型起重船吊装组块耦合运动响应数值模拟研究

我国东海海洋环境复杂,经常出现小波高、长周期的涌浪.长周期涌对系泊大型起重船吊装海洋平台上部组块影响比较大,尽管涌的波高较小,但是,吊物组块运动幅度明显比同等波高海况时的要大,严重影响了海洋平台的安装施工效率和进度,甚至威胁作业安全.本文采用水动力势流软件,建立系泊-大型起重船(包括吊臂)-索具-大型组块吊物的耦合运动模型,研究复杂涌浪环境下耦合系统运动响应特性及其机理,并开展了参数敏感性分析,讨论对耦合响应影响因素.最后,对东海涌浪情况下起重安装施工,提出了降低吊装组块运动响应的建议措施.     

无轴轮缘推进器电机与水力部件耦合优化设计研究

针对目前无轴推进器电机与水力部件设计时多未考虑两者耦合的问题,本文提出两者耦合的优化设计方法.采用多参数非线性优化方法,基于电机和导管螺旋桨设计理论公式,并考虑无轴推进器电机转子的直径等同于螺旋桨内径加上叶梢间隙,以及螺旋桨输出转矩加上间隙的摩擦转矩值作为电机输入转矩的关系,建立了一种新型优化设计模型,通过优化方法进行迭代分析,利用5.5 kW无轴推进器进行方法验证.研究结果表明,所提出的优化方法有效地考虑了无轴推进器电机与水力部件的耦合关系,可对推进器效率进行综合优化.     

弹性垫形式的水下弹性体发射动力学分析

弹性垫会对水下运载器发射动力学产生影响,文章针对弹性垫形式,利用Lagrange方程推导了新型适配关系下的发射动力学方程,同时考虑了运载器的刚体运动、弹性变形、弹性垫变形与接触对发射过程的影响。利用文中的方法,建立了水下运载器发射动力学模型,对发射过程的载荷进行了求解,研究了弹性垫数量、刚度、位置等参数对运载器弹性振动的影响。结果表明文中方法是有效的,可用于水下运载器发射动力学分析。