船舶防护涂层厚度的太赫兹无损定量评估

通过试验分析和仿真计算来研究脉冲太赫兹波在船舶有机防护涂层的传播特性。采用太赫兹脉冲成像系统的反射模式对不同结构的涂层样品进行试验检测,同时采用有限时域差分法进行仿真计算,为船舶涂层的太赫兹无损检测和评估提供理论支撑。结合脉冲响应函数,给出了多层结构涂层厚度无损定量评估的方案,并对试验信号和仿真结果进行处理。结果表明,太赫兹脉冲检测能够达到满意的检测精度,具有较强的涂层厚度定量分析能力。     

基于一维单负光子晶体的激光/红外兼容隐身技术研究

红外/激光主被动的兼容隐身要求目标物在特定波长具有高透射低反射率,而在特定波段有高反射低透射率,目前主要针对这一矛盾人们研究发现光子晶体具有的“光谱挖孔”特性适用于解决该矛盾,但效果并不理想.主要原因是常规光子晶体的“光谱挖孔”只有在垂直入射条件下才满足,而负折射材料一维单负光子晶体的缺陷模特性可以实现全向的“光谱挖孔”效果.本文针对该现象通过优化及仿真计算分别实现了1.06μm和10.6μm波长处的“光谱挖孔”.     

一种基于有源频率选择表面的可调吸波体特性分析

[目的]周期结构吸波体可有效吸收入射电磁波并降低目标反射特征。提出一种基于有源频率选择表面(AFSS)的微波吸收体,通过加载PIN二极管,实现对吸波体频带范围的动态调控。[方法]首先,利用电磁仿真软件CST研究吸波体结构的可调控特性,探究PIN二极管等效电阻随偏置电流变化时吸波体反射率改变的情况;然后,采用多反射干涉理论分析多层结构中电磁波传播反射的特性,确定理想吸波情况下不同路径电磁波的幅度和相位条件;最后,加工实物样件在微波暗室进行测试和验证。[结果]结果表明,加载PIN二极管后,吸波体反射率随之改变,且在2.5～9.1 GHz频带范围灵活可调。[结论]研究成果在武器装备电磁隐身设计方面具有一定应用价值。     

一种加载集总器件的可调三维周期结构

结合实际周期结构单元的特点,从三维周期结构出发,推导三维周期结构电磁波传输原理。运用商业软件数值仿真计算方法,研究三维周期结构单元尺寸、介质层厚度对其频响特性的影响;从电磁波入射角度和集总器件电抗值出发,对不同参数进行仿真计算,并比较不同参数对谐振特性的影响。实现第1谐振点稳定,第2谐振点可调谐的谐振特性。此外,将三维周期结构加入到天线设计中,研究该结构对天线辐射特性的影响,发现该三维结构可有效改善天线的方向性。     

船用诱导通风装置流动特性计算分析及试验验证

本文针对某船用反吹风结构形式的诱导通风装置进行了射流特性数值及实验研究。基于诱导射程指标,首先进行了一维性能仿真初估,给出喷嘴的大致直径,并采用CFD技术对有无导流两种结构形式的喷嘴进行了射流特性仿真对比,确定采用有导流的喷嘴结构形式,进而对诱导通风装置的整机进行CFD仿真,确定了整机的压损、气流组织和射流特性,并与后期试验数据进行了对比,验证了设计和数值计算的准确性。本文给出了一种结合一维设计和三维仿真的诱导通风装置前期设计方法,能节省试验成本,可为后续不同性能指标的诱导通风装置提供设计参考。     

基于摇板式造波机的无反射造波仿真

在海洋工程水池试验中,造波机与模型之间的二次波浪反射严重影响试验结果的准确性和可靠性。在势流理论的基础上,采用边界元法建立了二维线性数值波浪水池。通过数值模拟结果与解析解的比较,证实该数值波浪水池的适用性。采用全相位频谱分析方法作为水动力反馈,对入射和反射波进行分离,以分离的反射波信号控制摇板运动以达到吸收二次反射波浪的目的。在此基础上,对摇板式造波机在数值波浪水池中进行了无反射造波仿真试验。仿真结果表明,采用无反射造波后,能有效减弱波浪的二次反射。     

基于完全耦合算法的绕水翼流固耦合特性研究

基于完全耦合算法对绕二维NACA0009水翼流固耦合特性进行了数值模拟研究。采用Theodorsen模型和Munch模型对刚性和弹性水翼的水弹性响应进行了数值计算,分析了流体与结构的相互作用关系,研究了影响结构水弹性响应和流固耦合特性的因素。研究结果表明:考虑了流体黏性的Munch模型与基于势流理论的Theodorsen模型对气动弹性响应的数值计算结果基本一致,而Theodorsen模型由于没有考虑流体黏性在一定程度上低估了结构的水弹性响应。结构的惯性、阻尼和刚度力矩与流体的相应附加载荷均处于同一数量级,故流体与结构的相互作用不可忽略,尤其对于弹性水翼,流体的惯性、附加阻尼作用增大,流固耦合算法的数值稳定性对流固耦合特性的计算结果影响将更大。外部激励频率为非共振频率时,结构的刚度作用是影响水弹性响应的主要因素,外部激励频率为共振频率时,流体的附加阻尼和附加刚度作用减弱,除结构的刚度作用外,流体与结构的惯性作用对水弹性响应和流固耦合特性的影响也较大。     

离心泵口环间隙流动特性的数值模拟

[目的]在开展离心泵的结构设计和性能研究时,往往易忽略口环间隙的影响。口环间隙不仅将改变离心泵的外特性,还将影响其流场分布,故需深入分析离心泵口环间隙的流动特性。[方法]以某型中比转速的立式离心泵作为研究对象,采用ANSYS CFX开展仿真模拟,分析不同口环间隙(0,0.5,0.7,1.06 mm)对离心泵外特性、压力分布和速度分布的影响。[结果]结果表明:不同口环间隙下,离心泵外特性的仿真结果与实验数据基本一致,两者的相对误差小于5%(1.06 mm间隙除外),验证了数值仿真方法的可信度;随着口环间隙的增加,在设计工况下,离心泵的扬程约下降20%,效率约下降19%;小间隙处的叶轮前、后盖板局部压强有所增加,大间隙处的整体压强有所下降,叶轮盖板的径向压强呈不对称分布;口环间隙导致流体内部的湍流紊乱,而离心泵进口和出口处的压强和速度均呈现出不均匀的渐进梯度分布。[结论]研究成果可为离心泵的结构设计和流场特性分析提供参考。     

新型多孔结构不同开孔前墙在波浪作用下的受力分析

针对在地形限制条件下常规直立式护岸在波浪作用下前墙反射严重、直立式沉箱结构前墙配筋量和混凝土用量较大导致不经济等问题，进行不同开孔结构在波浪作用下的试验研究以及前墙弯矩内力分布计算。采用波浪物理模型试验和有限元数值模拟分析方法，得到波浪压强以及结构前墙内力分布。结果表明，新型多孔结构可有效减小波压力，避免严重的波浪反射叠加作用，同时前墙只承受部分波浪力作用，由此产生的内力和变形均较小，此趋势在一定范围内与开孔增加呈正相关。可优化多孔结构前墙构件的配筋以达到经济效果。     

畸形波作用下浮体的载荷与响应研究新方法

基于线性波叠加原理,采用能量聚焦的方法在二维粘性数值波浪水池中生成畸形波。基于流固耦合理论与切片原理,提出一种快速便捷的模拟波物相互作用的新方法,模拟了浮式体遭遇畸形波的过程,计算得到了甲板上浪水位高度、上浪水体对浮体的砰击压强、结构物的运动响应及波物相互作用的响应云图等。其中,波浪谱采用JONSWAP谱,流场控制方程为不可压缩流体的连续方程和N-S方程,自由液面由VOF法来捕捉,在数值水池尾段的动量方程中添加源项以消除后端壁面的波浪反射。     

水下爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟研究

运用AUTODYN程序对水下爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟研究.首先模拟了无限水域中的水下爆炸冲击波,然后将深水爆炸简化为一维问题,采用一维方法对深水爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟,并将模拟结果与经验公式和实验结果进行了比较.模拟结果表明,AUTODYN能准确模拟近场水下爆炸冲击波和深水爆炸气泡脉动过程,计算得到的近场水下爆炸冲击波峰值压力和比冲量、水质点速度、气泡最大半径、脉动周期、二次压力波的峰值压力和比冲量等特性参数均与经验公式、理论公式和实验结果吻合良好.远场的冲击波峰值压力的计算值小于经验值,而且计算误差随着爆距的增加而增大.最后总结了模拟结果,得出了对工程应用有益的结论.     

水深对沙波紊流特性影响的数值分析

运用FLUENT软件雷诺应力紊流模型(RSM)及SIMPLEC算法,对不同水深下沙波紊流特性进行数值模拟分析,模拟结果与实测结果吻合良好。在此基础上对4种不同相对水深下纵、垂向流速、压强及雷诺切应力分布规律进行研究。研究结果表明:相对水深较大时紊流特性受沙波地形影响较小,只有近底水体受沙波作用;相对水深较小时整个水体都会受到影响。在沙波尺度不变的条件下,紊流强度一般随水深的增加而减小,不同位置处的沙波紊流特性受水深影响程度及变化规律均不同。最大压强水平位置受水深影响的变化规律与再附点基本一致,可将最大压强作为再附点位置的判断依据。     

近自由面水下爆炸气泡现象的数值仿真研究

为了解近自由面水下爆炸气泡的动态特性,利用大型商业有限元软件MSC.Dytran,对3种典型工况下的气泡现象进行了数值仿真.仿真结果显示,气泡射流方向与基本理论预测结果基本一致,仿真气泡半径与理论计算吻合较好.由此得出结论,可以利用MSC.Dytran来模拟水下爆炸气泡现象,并对气泡射流现象进行研究.     

基于重叠网格方法的楔形体入水抨击数值模拟

流体和浮体相互作用是海岸及海洋工程急需研究的热点问题之一。文章基于OpenFOAM建立二维数值水槽,利用VOF(Volume of Fluid)方法来捕捉自由表面,通过使用重叠网格方法来描述流固耦合作用。利用建立的数值模型模拟了楔形物块的垂向和斜向入水抨击过程,对比了不同状况下的抨击压强分布,分析了水平速度对抨击压强分布的影响。模拟结果与理论解吻合较好,表明了该模型能够合理地模拟物块与水的相互作用问题。     

船用螺旋桨桨叶应力数值计算

综合运用计算流体力学(CFD)与有限元分析(FEA)方法对船用螺旋桨桨叶应力进行数值模拟和分析。采用CFD方法对设计工况与非设计工况的敞水特性进行数值模拟;将CFD数值模拟所得的空间水动力作为外部载荷,采用有限元方法对桨叶应力进行计算分析。以5叶侧斜桨为算例,得到的推力系数、转矩系数与敞水试验值具有较好的一致性,得到的桨叶应力结果与理论分析相吻合,本方法可对桨叶应力进行准确的数值预报。     

交错网格下四阶Boussinesq方程对潜堤上波浪演化的应用*

基于Madsen 和 Sch?ffer推导的四阶Boussinesq方程,在交错网格下建立一维数值模型。模型中的时间导数采用混合四阶Adams-Bashforth-Moulton 格式。为了避免二次反射,采用了Gobbi 和 Kirby的的内部源函数造波法。最后数值模拟了波浪在潜堤上的演化过程,并且与Luth的试验值进行对比,结果显示两者吻合较好,另外还给出了非交错网格下的模拟结果,通过对比可知,两个模型都能够很好地模拟波浪在潜堤上的演化过程。     

基于CFD的对转桨无空泡噪声的仿真预报

为建立有效的预报对转桨无空泡噪声特性的方法,基于CFD方法对CRP-7对转桨进行数值仿真。使用FLUENT 14.0计算均匀来流下的瞬态水动力性能,利用FLUENT 14.0中的声学仿真模块进行无空泡线谱噪声的数值模拟分析,将数值计算得到的声压频谱曲线同理论计算值进行对比,再模拟并分析噪声指向性。实验值与理论计算值对比表明,所构建的计算方法可靠。对转桨无空泡线谱噪声呈周期性脉动的规律及近桨处声指向性为与单桨不同的类"8"字形分布。     

港口浮码头中固定桩墩振动实测与数值计算分析

为更好地研究港口浮码头中桥台墩的位移响应、动力响应特性和振动产生的原因,采用非线性有限元分析软件Abaqus进行二维数值仿真模拟,并比较实测位移数据得到理论位移曲线。最后与现场工程固定桩墩结构的实测位移曲线进行拟合对比分析,显示模拟结果与实际工程状况符合较好,表明钢引桥的推动力和波浪的动力作用是造成桩墩振动的主要原因,对解决相关工程结构施工安全问题具有实际意义。     

基于Matlab/Simulink的低功率汽轮发电机组系统仿真研究

针对一种低功率汽轮发电机组进行仿真研究，建立了汽轮机、发电机、冷凝器等设备以及水和水蒸汽热力计算的数学模型，建模以单通道、一维集总参数模型为基础，仿真模型的建立基于Matlab7．0／Simulink6．0。针对汽轮机甩负荷、冷凝器常见故障以及外部蒸汽机动性变化时汽发电机组的准稳态特性进行了仿真计算。计算结果表明，所得到的结论基本符合理论分析及现有的科技资料。论文的目的是希望建立一个能够描述低功率汽轮发电机组基本热力特性的仿真模型，展开系统的准稳态及动态特性等基础性研究工作，为热力系统的定量化设计提供分析手段。     

二维周期性结构的声波带隙研究

从二维周期性结构的振动方程出发,建立二维带隙计算模型,并在此基础上分析带隙与材料结构特性的关系.实例数值计算结果证明,理论结果与试验仿真计算结果是一致的.