低应力拖缆瞬态动力学分析与实验研究(英文)

文章进行了低应力拖缆瞬态动力学的数值分析与实验研究。在低应力拖缆的建模中,包括了几何,流体的非线性和弯曲刚度。在数值分析中,广义α时域积分法用于求解低应力拖缆的三维动力学方程。为了验证数值分析的结果,观察实际的物理现象,进行了拖曳实验。测量了低应力拖缆顶端处的张力,剪切力和拖曳过程的速度变化。稳态拖曳速度下张力和剪切力的波动及其 FFT 变换证明了涡激振动现象的存在。在瞬态过程中,对于稳态拖曳速度为 1.01,1.5 m/s情况,无论张力还是剪切力都存在一个明显过冲区域,但是这一现象在稳态速度为 0.55 m/s 时并不明显。定常系数法和变系数法被用于瞬态动力学的仿真分析,分析结果表明变系数法与实验结果具有较好的一致性。     

波流联合作用下多分枝拖曳线列阵回转过程的动力学分析

参考某海洋地震多分枝拖曳线列阵具体参数和该拖船的海浪响应幅值算子(RAO),结合该船工作时的具体过程,利用大型水动力分析软件Orca Flex建立了多分枝线列阵回转过程时的动力学分析简化模型,实现了对多分枝拖曳线列阵在回转过程中的动力学分析,得到了波流联合作用下,各个拖缆的张力和曲率沿缆长方向的变化规律及各个缆索拖曳点End A和拖曳缆索拖曳尾端End B的张力值在时域上的变化图像。结合计算结果,给出了多分枝拖曳线列阵在回转过程中的优化设计方案。     

海洋拖曳系统的船/缆/体耦合模型研究

为进一步提高海洋拖曳系统在不同情况下运动响应的预测精度,将拖曳母船、拖缆和拖曳体三者视为一个相互作用的整体,利用其耦合边界条件,将拖缆顶端和底端的张力及其产生的力矩,分别与船舶操纵性运动方程(MMG模型)和拖体六自由度运动方程相结合,利用拖缆的有限差分方程,建立了船/缆/体三者耦合模型,进而采用数值计算方法,对比分析了该模型与常规算法。结果表明,该模型考虑船/缆/体三者的耦合影响,可更加准确全面地反映拖曳母船的速度、旋回半径、横摇角等操纵性特征以及拖曳体的深度、姿态等信息所受到的影响,从而为准确预报海洋拖曳系统的运动响应提供更为直观、科学的理论依据。     

水下采油树阻力系数试验与数值模拟

为了给来流条件下采油树水动力荷载计算提供基础数据，建立水下采油树数值模型。基于有限体积法，采用商业软件STAR-CCM+，对采油树模型拖曳试验进行数值模拟，计算得到13种拖曳速度条件下采油树纵向、横向和垂向的阻力及阻力系数，并在此基础上提出一种新的水下采油树模型拖曳试验方法，开展了39组拖曳试验，得到13种速度条件下采油树纵向、横向和垂向的阻力及阻力系数。结果表明：阻力和阻力系数的试验数据与数值仿真数据基本保持一致，验证了结果的准确性和可靠性；水下采油树模型各方向阻力随拖曳速度的增加呈二次关系增加，阻力系数随速度的增加基本保持稳定；纵向、横向和垂向的阻力系数平均值约为0.432、0.479和0.446。数值模拟和试验得到的采油树阻力和阻力系数可为采油树水动力荷载计算提供关键基础数据。     

水下拖体和拖缆运动模型研究探讨

水下拖体运动研究是水下拖曳系统研制的重要内容。文章结合工程实际,基于Newton-Euler方法建立了水下拖体的运动模型,基于有限差分法建立了拖缆的运动模型,在此基础上结合拖缆运动的边界条件建立了系统的运动模型,并给出了相应的仿真算例。从仿真结果可以看出,通过该运动模型,可以很好地研究水下拖体受拖船干扰下的运动情况。该模型的建立对水下拖曳系统的研制来说有重大的参考价值。     

母船垂荡运动下拖缆响应研究

基于弯矩平衡方程和有限元离散单元法建立拖缆离散动力学模型,通过对拖缆离散方程组线性化处理,将非线性动力学方程转化为关于求解角度的线性问题。设定缆绳初始形态,通过时间迭代对方程求解得到拖曳系统稳定运动形态。母船在海面会发生升沉运动,由于母船垂荡运动对水下拖缆的耦合影响,拖曳系统稳定形态受到破坏,拖缆受力发生改变,系统可能处于危险状态。考虑母船垂荡运动的耦合效应,通过MATLAB对拖曳系统进行仿真计算,得到拖缆的运动参数和受力响应情况,对拖曳系统在实际作业中提供参考。     

基于水密拖缆宽带传输技术研究

在水下拖曳平台和母船之间,水密拖缆承担着拖曳和传输大量信息的功能。由于水下拖缆的特殊要求,在此环境下信息在水密拖缆中传输衰减增加,干扰因素增多,母船运动时拖拉拖缆影响到数据的传输,严重时甚至可能导致数据丢失。本文根据水密拖缆传输系统的特点,提出了基于水密拖缆的宽带ADSL传输思想,根据该思想,采用了FPGA作为ATM和ADSL帧格式间的转换,ADSL芯片组实现数据处理和接入,通过自适应比特算法改进使系统传输性能更为可靠。用此方法设计的传输系统满足了实时性要求,具有优良的性能。     

海洋地震拖缆系统及其应用技术发展

海洋地震拖缆是探测海底地质结构及海洋油气资源的重要的海洋科考装备.总结国内外行业现状,简要概述地震拖缆的组成及工作原理,对拖缆系统的信息反馈与控制方式进行简单分析.     

海洋缆索对水下航行器的动态响应

海洋水下拖曳系统在海洋资源开发的过程中发挥着越来越重要的作用。海洋拖缆与水下拖体之间的作用相互影响、相互耦合。尤其是当水下航行器质量较小时,这种影响不可忽略。拖曳缆索的形态变化将直接影响水下航行器的运行轨迹。通过对缆索动态偏微分方程在时间上和空间上离散化处理,将无法确定缆索单元长度的问题转化为缆索单元可确定问题,并采用有限差分法进行了求解,得到了航行器直航状态下缆索的几何形态图和回转状态时缆索的几何形态图。通过将结果与实验值进行对比分析,发现在误差允许范围内(10%),这说明建立的缆索动态模型对航行器运动状态进行预测是可行的。     

TS—101型地震拖缆水听器

TS—101型地震拖缆水听器由中船总公司江宁机械厂研制生产。它是由两个对偶结构的弯曲圆盘组成,可以组装成各种类型的船用拖曳线列基阵,广泛用于海洋地质勘探     

A numerical study on piezoelectric energy harvesting by combining transverse galloping and parametric instability phenomena

This paper aims to numerically investigate the effects of parametric instability on piezoelectric energy harvesting from the transverse galloping of a square prism. A two degrees-of-freedom reduced-order model for this problem is proposed and numerically integrated. A usual quasi-steady galloping model is applied, where the transverse force coefficient is adopted as a cubic polynomial function with respect to the angle of attack. Time-histories of nondimensional prism displacement, electric voltage and power dissipated at both the dashpot and the electrical resistance are obtained as functions of the reduced velocity. Both, oscillation amplitude and electric voltage, increased with the reduced velocity for all parametric excitation conditions tested. For low values of reduced velocity, 2:1 parametric excitation enhances the electric voltage. On the other hand, for higher reduced velocities, a 1:1 parametric excitation (i.e., the same as the natural frequency) enhances both oscillation amplitude and electric voltage. It has been also found that, depending on the parametric excitation frequency, the harvested electrical power can be amplified in 70% when compared to the case under no parametric excitation.     

螺旋桨激励力下的舰船振动特性分析

考虑螺旋桨脉动压力与轴承力的影响,开展了螺旋桨激励力对舰船振动的影响研究;分析了某舰船在最大航速、巡航速度下等不同航行状态下的舰船振动,得到了不同航行状态下舰船的振动响应;计算结果表明:高航速下螺旋桨激励力对舰船的振动有一定影响,低速时螺旋桨激励力对舰船的振动影响不大;对于同一航速而言,双桨同时工作较四桨同时工作时的振动偏大,从减小振动角度出发,宜采用四桨同时推进的方式航行.     

柔性靠船桩簇结构受力计算

基于位移协调、力的平衡和能量守恒原理,通过在水平桩NL法计算中引入桩侧土抗力群桩折减系数,采用Lagrange插值多项式拟合护舷厂家的反力、吸能与变形的关系曲线,对柔性靠船桩簇中钢桩和护舷间水平力、能量分配进行计算分析;并将之应用在某码头的靠船桩簇设计中,取得了良好的成效。     

环境参数对浮箱系泊系统水动力性能影响

环境荷载对系泊系统受力和运动响应起着关键的影响作用,有必要对影响系泊系统的关键环境参数进行深入研究,揭示环境参数对系泊系统的作用和影响机理。基于势流理论,结合大型水动力学软件AQWA,以一种简单的矩形浮箱式结构物为典型示例,根据浮箱基本参数及相关技术要求,考虑张紧式和悬链式两种不同的系泊方式,建立系泊系统动力分析计算模型。结果表明:在讨论范围内,系泊力随着流速、流向、风速等环境参数的增加而增加;对于横荡和横摇,随着流速、风速等环境参数的增加,横荡和横摇曲线呈现增加的趋势;相对而言,张紧式系泊可以更好地保持系泊系统稳定。     

自升式平台湿拖过程中的二阶波浪力增阻分析

波浪引起的二阶平均波浪力附加阻力是自升式平台湿拖过程中总阻力的重要组成部分。基于三维势流理论分析了影响自升式平台湿拖过程中附加阻力的相关参数,包括Jonswap谱γ值、航速以及波浪要素等,进行了敏感性分析。研究结果表明:计算二阶波浪力增阻所选取的Jonswap谱γ值取3.5更为合理;二阶力增阻对波浪周期的变化较为敏感,实际拖航阻力估算只需考虑静水拖航阻力和实际海况的双重作用,可略去航速的影响;并验证了二阶波浪力增阻值与有义波高的平方成正比,提供了一种可靠的二阶力增阻估算方法。     

高速双体船船型及降阻措施

本文根据三条不同船型高速双体船模型的试验结果，讨论了船型及片体间距对阻力的影响。同时，为了降阻目的，还进行了安装尾压浪板、消波水翼以及首压浪条等模型试验。试验结果表明：这些措施只要恰当地应用，将是有收效的。     

An investigation into the isolation performance of mono-and bi-stable systems

Motivated by the need for improving the isolation performance, many research studies have been performed on isolators with nonlinear characteristics. Based on the shape of their phase portrait, such devices can be configured as either a mono-or bi-stable isolator. This paper focuses on investigating the relative performance of these two classes under the same excitations. Force transmissibility is used to measure the isolation performance, which is defined in terms of the RMS of the ratio of the transmitted force to the excitation force. When the system is subjected to harmonic excitation, it is found that the maximum reduction of the force transmissibility in the isolation range using Quasi-Zero stiffness is achieved. When the system is subjected to random excitation, it has the same effect of Quasi-Zero stiffness. Further, optimum damping can be changed with stiffness and has minimum value.     

基于PIV的客滚船风阻流场研究

为准确分析客滚船在不同风向角下的流场分布,基于PIV技术研究了某型客滚船在25m/s风速下,5个不同风向角的风阻变化和流场分布;利用PIV技术得出某型客滚船纵向、横向以及水平方向的空气流场特性。结果表明:随着风向角的增加,纵向风轴阻力和横向侧向力呈"抛物线"规律变化,偏航力矩呈"正弦曲线"分布,并存在两个方向相反的阻力峰。利用PIV流场分布图与常规测力试验的风阻曲线对客滚船风阻流场进行分析研究,所得结果可为以后的CFD计算验证以及后期风阻优化提供参考依据。     

单和双稳系统相对隔振特性的研究（英文）

Motivated by the need for improving the isolation performance, many research studies have been performed on isolators with nonlinear characteristics. Based on the shape of their phase portrait, such devices can be configured as either a mono- or bi-stable isolator. This paper focuses on investigating the relative performance of these two classes under the same excitations. Force transmissibility is used to measure the isolation performance, which is defined in terms of the RMS of the ratio of the transmitted force to the excitation force. When the system is subjected to harmonic excitation, it is found that the maximum reduction of the force transmissibility in the isolation range using Quasi-Zero stiffness is achieved. When the system is subjected to random excitation, it has the same effect of Quasi-Zero stiffness. Further, optimum damping can be changed with stiffness and has minimum value.     

多激励下舰船“声平衡”特性分析

以舰船流固声耦合理论为基础,基于势流理论,开发了工程化的舰船湿模态附连水质量三维计算程序,将计算值与理论值、经验值及有限元数值解进行对比分析,验证了程序的有效性和合理性。在此基础上,提出了一种计及流固耦合效应的舰船＂声平衡＂分析方法,研究了船—机—桨多点激励下船体—基座—设备间的耦合结构振动和水下声辐射。结果表明：舰船艏部自噪声随振源相对位置变化出现峰谷交替的趋势,通过优化主机位置可以降低艏部自噪声;舰船主辅机选型应充分考虑船体—基座—设备之间以及设备间的声匹配,兼顾多点激励力幅比和激励频率比。