基于NFFD 算法的船体几何变形技术

本文以非均匀有理B样条基函数作为参数体属性,并结合非均匀控制点网格,建立了适用于船体几何的NFFD变形技术。重点阐述了NFFD方法的基本原理和变形规则,并以矩阵表示方法为基础构建了数学模型。研究了控制点数量和分布对变形结果的影响,增加了控制点变形几何的能力并获得了更大的设计空间。最后,以某CNG运输船为例完成了球鼻艏、船艏和船艉部分几何的自动变形。本文的工作为船型优化提供了良好的变形工具。     

基于NFFD和高斯近似的螺旋桨多目标优化

为促进螺旋桨高效优化设计,结合基于NFFD技术、多输出高斯近似模型以及NSGA-Ⅱ多目标优化算法,构建一套包括螺旋桨变形重构—水动力性能快速预测—多目标优化的螺旋桨高效自动优化方法。首先,基于NFFD技术、以螺旋桨的几何参数为设计变量,实现螺旋桨三维模型的变形与重构;采用有限元数值仿真得出样本螺旋桨的水动力性能,并基于多输出高斯近似理论建立螺旋桨几何参数和水动力性能之间的近似模型。最后,结合高斯近似模型和NSGA-Ⅱ算法对KP505桨进行了多目标优化设计,验证方法应用于螺旋桨优化设计的可行性。结果表明,该方法实现了对KP505桨扭矩系数降低3.3%、效率提高2.6%的多目标优化,验证了该方法应用于螺旋桨优化设计的可行性。     

基于高斯近似和NSGA-Ⅱ的伴流螺旋桨优化北大核心CSCD

[目的]为改进船舶推进性能,提高船舶效能,克服螺旋桨参数众多、建模繁琐、水动力数值计算收敛速度慢、伴流场的湍流效应等问题,提出一套螺旋桨高效优化方法。[方法]首先,将基于非均匀有理B样条的自由曲面变形(NFFD)技术构建的参数化螺旋桨作为输出,利用CFD数值仿真对螺旋桨性能特征进行预报。然后,基于仿真数据建立螺旋桨性能高斯近似预测模型,建立以提高效率、降低扭矩系数为目标的优化模型,利用二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)得到最优解。[结果]结果显示,在均匀流场和船后伴流场下,螺旋桨的优化结果有着相似规律,即桨叶宽度和厚度均呈减小的趋势,倾斜角呈增大趋势,但由于在船后伴流场下流速会降低,因而桨叶宽度和厚度的减小以及倾斜角的增加幅度相对于均匀流场下的小。[结论]采用所构建的方法可以实现均匀流场和船后伴流场下螺旋桨的高效优化设计。     

船体曲线曲面的B样条光顺

根据给定的船体型值点，以三次非均匀B样条为光顺函数，采用整体光顺方法，以应变能最小、曲率变化均匀为准则，以控制点为未知量，建立最优化问题的约束方程并求解，实现船体曲线的光顺。根据曲线的相对曲率线图，将优化后的光顺B样条船体曲线与插值B样条曲线、传统最小二乘法逼近曲线进行了比较。构[循规蹈矩本曲面，以UV方向上的单参数曲线族或站线、水线、纵剖线方向的截面曲线族为研究对象，以曲线族的应变能之和最小为准则，进行光顺处理，最后，以NURBS为统一数学表达式，根据光顺后得到的控制点网络，应用双三次非均匀有理B样条得到光顺的船体曲面。     

补偿注浆对隧道变形控制试验研究与数值分析

补偿注浆法作为一种常用的变形控制技术,在沉降控制方面已有广泛应用和研究,但在注浆对隧道水平变形纠偏方面的研究相对较少。以天津地区某实际工程为依托,开展了注浆控制隧道变形的现场试验,并结合考虑加固区非均匀膨胀效应的有限元方法,将补偿注浆对隧道水平变形的控制效果进行了深入研究和参数分析。研究结果表明,考虑注浆加固区非均匀膨胀效应时,有限元方法能够较好地模拟补偿注浆对隧道变形的影响。同时,得出了隧道水平位移与注浆量和注浆距离之间的关系,并提出"近距离,小方量"的注浆策略。     

角焊缝角变形产生机制的研究

以T形焊接接头为算例,用有限元数值计算方法研究了六个固有应变分量各自对角焊缝角变形的作用效应,发现导致角变形产生的主要因素是与焊缝平行的平面内垂直于焊缝方向的固有剪切应变分量;将该固有剪切应变分量以均匀和非均匀两种分布形式施加在焊缝区,发现只有非均匀分布的固有剪切应变使焊接接头产生角变形.由此可知:角焊缝角变形产生的主要原因是在焊缝及其附近区域不均匀分布的固有剪切应变分量,而不是板厚方向上非均匀分布的横向固有正应变分量.此结论指出了关于焊接角变形产生机制的传统思维的认识误区,对研究预测角焊缝角变形简化方法具有指导意义.     

翼身融合水下滑翔机外形的精细参数化建模

针对翼身融合水下滑翔机外形的精细化参数化建模需求,提出了一种基于非均匀有理B样条(NURBS)方法的翼身融合水下滑翔机外形参数化建模方法。该方法首先采用最小二乘法对各个翼型剖面的型值点进行拟合,将各个翼型剖面的控制点作为参数化变量;然后利用偏移、比例、旋转、位置等参数化变量对各个翼型剖面的控制点进行操控,并使用NURBS曲面方程进行几何描述,实现翼身融合水下滑翔机外形的精细参数化建模。最终,通过实例分析证明了该方法的有效性。     

基于SPH方法的水下爆炸初始爆轰过程研究

炸药的水下爆炸具有极大的变形和高度的非均匀特性,基于网格的数值模拟方法研究这类问题时遇到诸多困难,将最近发展起来的无网格的光滑粒子流体动力学(SPH)应用到炸药的水下爆炸初始爆轰过程的研究.从模拟结果可知,应用SPH方法能较好地预测出爆轰波的大小和形状以及在爆轰过程中的压力分布.SPH方法非常适宜处理炸药的水下爆炸极短瞬时所具有的大变形和高度的非均匀动力学的极端情形,这对进一步模拟水下爆炸过程提供了一种新的研究方法.     

高速公路综合立交枢纽现浇箱梁支架预压与地基沉降研究

现浇箱梁支架预压是确保高速公路综合立交枢纽工程质量控制的关键因素之一,是预防因地基不均匀沉降和现浇箱梁支架非弹性变形而引发高速公路工程结构坍塌倾覆的关键技术。本文以湖南长沙至韶山至娄底高速公路东延综合立交枢纽工程为背景,系统提出支架预压与地基沉降监测方案,分析了A匝道第三联第5跨对应的支架预压与地基沉降监测结果。研究结果表明,一级加载变形最大值、二级加载变形最大值、三级加载变形最大值、弹性变形最大值均为A截面,四级加载变形最大值为B截面,满载24h稳定后变形最大值为A截面和B截面,满载最初24h总变形最大值为A截面和C截面,地基沉降最大值为A截面和D截面,可为同类高速公路综合立交枢纽现浇箱梁施工提供参考依据。     

螺旋桨受损变形对激振力影响的数值计算分析

为了分析螺旋桨变形前后激振力的变化情况,并为实际工程问题提供理论依据,以标准桨DTMB P4119为研究对象,在非均匀伴流场下进行数值计算方法的验证,形成了一套非均匀伴流下螺旋桨激振力数值计算方法。用该方法对某一螺旋桨变形前后的激振力进行数值计算,得到其轴承力和脉动压力,并对变形前后的激振力数据进行对比分析。结果表明,对于此桨的实际情况,变形前后所引起的轴承力变化十分明显,脉动压力有明显的倍轴频特性,从而导致船体的严重振动,与实际现象相符。所以工程中一定要避免螺旋桨梢部变形引起的螺距变化,并且螺旋桨相关参数要符合规范要求。     

均匀流下的圆柱形网衣变形数值模拟

为探究均匀流作用下圆柱形网衣的变形情况及各参数对其变形的影响,基于完全挠性构件静力学基本方程建立网衣系统静态迭代求解算法,并通过将数值模拟结果与已有试验研究结果相对比验证该求解算法的准确性。以某圆柱形网衣为例,模拟其在均匀流作用下的变形情况,研究沉子的重量和分布形式对网衣变形状态的影响。结果表明：在大部分情况下增加沉子重量可减少网衣体积损失,但也存在例外;迎流侧沉子对网衣变形的影响较大,可通过调节个别沉子的重量减小网衣变形;均匀分布的沉子更有助于减小网衣变形。     

单跨门式钢刚架结构在局部火灾下热-结构响应分析

以整体结构为目标,采用有限元法对单跨门式钢刚架结构中的变截面梁,在局部火灾下的温度分布和在热机耦合场下的结构响应进行数值模拟分析。分析中考虑温度变形影响的几何非线性、随温度升高材料性能的不断变化以及杆件截面温度分布不均匀等因素的影响。本数值模拟方法可供局部火灾下整体结构的抗火性能研究参考。     

船体特征曲线光顺算法研究

在以特征曲线为船体NURBS曲面控制线的基础上,通过特征曲线的几何要素和光顺准则自动生成NURBS控制点,为此需要求解一个非线性规划问题,针对该非线性规划的特点,运用现代内点理论作为数值最优化算法,解决了带几何约束的船体特征曲线光顺问题。     

加筋板固有频率与相对刚度对其非线性动力响应的影响北大核心CSCD

[目的]研究冲击载荷对船用加筋板动力响应的影响。[方法]首先,根据相关规范和参考文献确定船用加筋板的尺寸,并运用有限元软件ANSYS中的Shell 181单元进行建模;然后,将载荷均匀作用于带板表面,加筋板的边界条件为四边固支;最后,分析在冲击载荷作用下加筋板的固有频率和相对刚度对其非线性动力响应的影响。[结果]结果显示,由几何尺寸影响的不同,可得到固有频率与挠度响应的分段函数关系式;加筋板的相对刚度则对其变形模式影响较大,以0.2和19为界,出现了不同的变形模式。[结论]所得定量化结论对船体结构安全评估具有重要的参考价值。     

波纹夹层防爆墙在油气燃爆冲击下的动态响应

防爆墙结构是海上浮式生产储油船（FPSO）上部重要防护设施，其在油气燃爆冲击下的动态响应需要重点关注。以FPSO上部模块为研究对象，基于计算流体力学（CFD）方法对油气燃爆场景进行数值模拟，获得了防爆墙表面压力时间曲线和空间分布；基于显式动态算法研究了波纹夹层防爆墙在燃爆载荷作用下的动态响应，并与等质量加筋板动态响应进行对比。研究结果表明：在防爆墙动态响应研究时，加载考虑负压和压力非均匀分布会使结果更准确，相比于加载平面内分布均匀的三角形载荷，考虑时间上负压阶段进行加载时，波纹夹层防爆墙永久变形减小；考虑超压空间非均匀分布进行加载时，波纹夹层防爆墙永久变形增大；考虑压力非均匀分布进行加载时，波纹夹层防爆墙永久变形要比加筋板小25.8%，抗爆性能更优。研究结论可为FPSO上部防爆墙设计及动态响应研究提供一定的参考。     

船舶尾部伴流对螺旋桨应力变形与振动的分析

针对船舶螺旋桨在航行过程中,受到周围水域复杂伴流的影响,使螺旋桨受力不均,导致螺旋桨的结构应力变形增大,进而发生螺旋桨断裂甚至失效的现象,以某散货船为例,用有限元分析方法对其进行双向流固耦合仿真。利用瞬态仿真模拟螺旋桨周围水域的流线变化,分析螺旋桨的应力与变形、振动以及模态变化,并且通过控制变量法,将有无伴流存在的分析结果进行对比,研究伴流对螺旋桨受力变形的影响程度。研究结果表明,不均匀的伴流会极大地改变螺旋桨周围水域的流线运动状态,使得其受力变形更加不均匀,增大其振动变形状态。     

对接接头缺口应力集中系数不确定性分析

[目的]以典型对接接头为研究对象进行参数化建模,建立焊缝几何形状存在不确定性的有限元模型,来研究焊缝几何存在不确定性的对接接头焊趾处缺口应力集中系数K_t,并统计分析其分布规律。[方法]首先,对以往采用的网格尺寸和单元类型进行改进,通过有限元网格敏感性分析,研究不同类型的单元以及网格尺寸对K_t的影响;其次,沿对接接头焊缝法向提取节点应力,通过绘制应力分布图,确定焊趾处最大应力集中所在部位;然后,通过引入控制点描述对接焊缝几何形状的变化来真实反映焊缝几何形状的不确定性,结合实际测量的焊缝形状数据的分布规律,随机抽样得到大量的焊缝几何参数数据;最后,基于缺口应力法计算K_t,并对其进行统计分析,探究对接接头在焊缝几何参数存在不确定性时K_t的分布规律。[结果]结果表明,K_t的分布满足正态分布。[结论]通过探究焊趾处的应力分布,对于分析疲劳强度和提高疲劳寿命预测精度具有重要意义。     

夹层板在舰艇冲击防护中的研究进展

为了提高舰艇抗冲击能力,已发展了各种舰艇冲击防护方法。传统的冲击防护手段会使舰艇的重量大幅增加,影响舰艇总体性能。夹层板的出现给舰艇冲击防护提供了另外一条途径,成为近期国内外相关研究的热点。文中以舰艇冲击防护为背景,从夹层板的冲击变形模式、微惯量效应、应变率效应、几何非线性效应、流固耦合效应、以及均匀化和模拟试验方法等方面,回顾了近期国内外相关研究进展。     

西藏地区旧路加宽路基不均匀沉降分析

以西藏地区复杂地质环境下大日公路加宽工程为背景,分析了加宽路基地基沉降和路堤自身的压缩变形、路基土的塑性累积变形等造成的不均匀沉降基本特征,为道路改扩建工程路基不均匀沉降的控制提供参考。     

基于BHCORS的港口工程控制点平面精度分析

测量控制点精度关系工程建设质量。港口工程因地基稳定性差、地面变形大,造成控制点平面位移问题突出。结合港口工程案例,探讨基于BHCORS的工程控制点平面精度检核分析。采用坐标转换四参数法及实测基线比较法进行控制点内符合精度检核,采用BHCORS进行控制点外符合精度检核。对比分析结果表明,BHCORS成果精度高、现势性强,在港口工程建设中应用广泛。