基于SPH-FEM算法的浮冰-水-船耦合作用数值模拟方法

针对计算机模拟极地船舶在冰区航行过程中同时受浮冰与海水影响的非线性与随机性等特点,本文将光滑粒子流体动力学与有限单元法耦合算法应用于某LNG船在冰水池试验航行时与浮冰碰撞的动态过程仿真中。阐述其耦合算法的基本理论与实现方法,模拟船舶航行过程中遇到不同密集度的浮冰工况,分别监测船体所受冰阻力的数值,观察浮冰运动情况,分析LNG舶与各密集度浮冰碰撞时阻力随时间变化规律,与经验公式比较。结果表明,该耦合算法模拟的LNG船航行于各浮冰工况符合真实情况,结果具有较高精度,为后续极地船舶的冰载荷研究提供了有力依据。     

海塘越浪过程SPH模拟

随着计算机软硬件水平的不断发展,数值模拟技术已经越来越广泛地应用到海岸工程领域中。现今波浪爬高越浪的数值模拟技术主要有网格方法和无网格方法两种。和网格方法相比,无网格方法在计算海塘越浪的连续性和大变形问题上体现出了优势。     

基于SPH法的冰与船舶螺旋桨碰撞数值模拟

在结冰海域航行的船舶螺旋桨会因受到冰块的撞击而出现严重的损坏。该文建立了冰—桨碰撞计算模型,冰模型采用SPH(光滑粒子流体动力学)法,运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA数值模拟了螺旋桨与冰在不同速度、位置下碰撞和螺旋桨与不同半径冰碰撞下的动态响应。对比研究了在以上单一碰撞因素下桨的变形、单元最大应力以及碰撞过程中产生的碰撞力等响应差异,定性地得出上述因素对冰—桨碰撞的影响规律,为船舶螺旋桨抗冰性能的结构设计提供参考。     

基于SPH方法的水下接触爆炸数值模拟

水下爆炸涉及的物理现象极其复杂,特别是水下接触爆炸数值模拟极为困难.文章编制了基于体积近似的修正SPH方法计算程序,成功模拟了水下接触爆炸冲击波传播和结构破坏的整个过程.文中通过模拟圆柱形装药对水中结构的破坏,发现了钢结构的破坏模式、背空钢板处冲击波的传播特性.结果表明,修正SPH方法在高密度比介质的交界面处仍能反映基本的物理过程,在解决高速、强压缩和高密度比的多相流问题时具有较大优势.该文计算结果旨在为舰船水下接触爆炸相关研究提供参考.     

基于SPH方法的耙吸挖泥船艏喷过程数值仿真

艏喷是耙吸挖泥船作业的典型方式,泥浆混合物喷射轨迹和距离的分析一直是研究的热点。本文基于光滑粒子动力学（SPH）方法,在ABAQUS中建立典型耙吸挖泥船喷嘴管段模型,模拟泥浆喷射过程,并获得泥浆喷射轨迹及出口速度、泥浆散落面积等关键参数。经过与理论分析公式比较,粒子法数值模拟可以更好的描述喷射动态过程以及对管道的作用力,研究结果可以为耙吸挖泥船施工以及设计提供参考。     

基于FEM-SPH耦合算法的船舶破冰数值模拟

船舶与层冰、水的相互作用是一个复杂的流固耦合动力过程,数值模拟一直是研究的热点方向。FEMSPH耦合算法是一种非连续介质数值方法,能够研究处理非线性大变形问题。介绍了该耦合算法的基本原理和计算方法,然后基于该算法用软件模拟了船、冰、水的相互作用。模拟结果表明,用FEM-SPH耦合算法进行船冰作用数值模拟,能够为船舶的抗冰冲击强度分析提供指导性意见。     

基于离散元方法的海冰数值模拟

介绍了海冰离散元模型的建立过程,通过模拟海冰与结构相互作用的过程来研究冰载荷的作用规律,并探讨海冰速度、海冰厚度以及结构直径对结构所受冰载荷的影响。结果表明,离散元方法可以较好地表现海冰破碎形式并能准确预测冰载荷,且冰载荷与3种影响因素都为正相关关系,其中海冰厚度对冰载荷的影响最为明显。     

SPH方法模拟水下爆炸研究进展

对SPH方法模拟舰船水下爆炸的主要技术问题及其研究现状进行分析。结果表明,大密度比多相流模拟、三维或基于对称算法的三维模拟、无反射边界等边界的处理是SPH方法实现舰船水下爆炸工程应用的主要技术瓶颈。提出SPH方法实现舰船水下爆炸工程应用的重点研究方向。     

破冰船冰区操纵性能离散元分析

  目的  极地船舶在极地航行时,复杂的冰阻力不仅会给船舶带来结构上的威胁,还对船舶的操纵性提出了新的挑战,尤其当船舶在层冰区中进行转向运动时,挑战更大。近年来的研究主要集中在船—冰碰撞的强相互作用上,而少有研究流体对冰阻力的影响。  方法  采用非线性有限元法,基于适当的冰材料模型和合理的耦合破坏模式,研究船舶回转运动过程中冰与船之间复杂、强烈的非线性相互作用。同时,采用流固耦合方法,研究流体对船—冰相互作用的影响。  结果  数值结果与经验公式的对比确定了模拟的有效性与可靠性,其中对比有、无流体作用时船舶受到的纵向、横向和垂向冰阻力情况显示,计及流体影响时,船舶的冰阻力在3个自由度上会有明显提升。  结论  船舶破冰回转运动中考虑流体对冰阻力的影响,能准确预测船舶回转时的冰阻力且能有效保证船舶的航行安全。     

基于CFD的两栖车辆阻力和浮态数值模拟

运用fluent软件,基于计算流体力学(CFD)理论知识,对两栖车辆水上行驶阻力和行驶浮态进行了数值模拟。重点介绍了混合网格的划分方法,对模拟结果和实验结果进行了对比分析。模拟结果和实验结果基本吻合,从而论证了用数值模拟方法对两栖车辆的水上性能模拟研究的可行性。     

基于流凌演进数值模拟的可视化方法

针对流凌演进三维可视化技术在冰冻河流可视化仿真方面不足的问题,结合MIKE21与ArcGIS软件,提出一种基于流凌演进数值模拟结果的可视化方法。通过模型构建、网格划分、边界条件确定,开展流凌演进数值模拟与分析,建立面向可视化的流凌演进数值模拟结果提取方法,实现流凌演进三维可视化仿真场景与数值模拟的可视化数据融合。基于空间数据库与属性数据库,建立的流凌演进仿真模拟系统,可全方位展示流凌演进过程中地形、水流、堤防结构物等仿真模拟结果。     

水流对浮体作用的SPH方法模拟

水流与浮体相互作用时,运动情况十分复杂,目前很难准确有效地模拟。而SPH作为一种纯拉格朗日方法,无需构建网格,用核函数近似粒子进行离散,能较好地解决一些自由面大变形问题。文章利用SPH法对溃坝时引起的高速水流冲击浮体以及水体晃动时破损浮体的运动过程进行模拟。模拟结果表明,SPH法能有效地进行水流对浮体作用的研究。     

基于DualSPHysics的数值波浪水槽研究

为更好地研究强非线性波浪问题(波浪翻卷、破碎及其与结构物相互作用等),基于DualSPHysics开源平台进行二次开发,采用SPH方法建立了二维数值波浪水槽。运用强制修正粒子加速度的方法实现阻尼消波功能,通过监测推波板前水位变化并实时修正造波信号实现了主动式消波功能,并对消波模块的阻尼消波性能和主动式消波性能进行了详细测试。结果表明,新型阻尼消波层的长度控制在1~2/3倍波长内即可形成可靠的开放式边界,主动式消波功能可将70%以上的能量反射波吸收。     

不同侧支孔布置形式下的船舶系缆力数值模拟*

对于闸底长廊道侧支孔输水系统的水动力学研究,目前主要采用物理模型试验和现场原型观测方法,均需消耗大量的人力和物力;采用方便快捷且不受试验条件及尺度效应影响的数值计算方法的研究成果相对较少。通过闸室船舶系缆力数值模拟对不同侧支孔布置形式下输水系统水动力学特性进行系统性研究,总结分析其布置原则,可为船闸闸底长廊道侧支孔输水系统的设计和优化提供理论依据,并为类似工程提供借鉴,具有较重要的学术价值和实际意义。     

基于SPH方法的M型快艇入水载荷仿真分析

[目的]为研究M型快艇典型截面结构入水过程中受到的水动力载荷,[方法]基于光滑粒子动力学(SPH)液-气两相流算法,模拟平板和弓形模型的入水过程,以验证所用算法的精确性。在此基础上,模拟M型快艇典型截面结构的入水过程,并与相关文献的试验结果进行比较。[结果]结果显示:两种结构入水过程的仿真结果与试验结果吻合较好。M型快艇入水过程中存在二次砰击现象,即在主船体斜升角较大时会导致第1次砰击载荷较小,若斜升角过大时第2次砰击过程中结构则受到的砰击载荷会显着增加。[结论]研究结果表明,SPH两相流算法可以很好地模拟M型快艇入水过程,斜升角的设计大小应适当。     

基于抗数值衰减的短波数值模拟

数值衰减是构建船舶耐波性数值波浪水池中的常见问题,对于短波的数值模拟显得尤为突出.基于已有的数值波浪水池研究成果,分析了波浪数值模拟衰减问题的成因,得到了影响波浪数值衰减的主要因素为网格尺寸、网格长宽比、时间步长、离散格式及自由面重构方法.在此基础上,定义了波浪数值衰减指数,采用边界造波法进行波浪生成,采用VOF法模拟自由面,通过系列仿真对比试验,得出了各影响因素与波浪数值衰减的量化关系,得到了波浪数值仿真的优化模式.采用此模式对3种短波进行数值模拟,模拟结果与理论解吻合良好.     

基于动网格模型的两栖车辆数值模拟

采用弹簧近似法和网格局部重构法相结合的非结构动网格技术,利用水动力模型耦合6自由度刚体运动和自由水面进行数值模拟,计算两栖车辆的水动力特性。研究结果表明,动网格模型对求解三维流固耦合问题有效,运用数值方法分析两栖车辆水动力特性、预测航速航姿是有效的两栖车辆水上性能的设计方法。