非冻结模型冰-螺旋桨切削状态的试验研究

冰-螺旋桨的切削过程十分复杂,如何精确掌握冰桨作用模式和揭示冰桨作用机理对冰区螺旋桨理论研究和设计极其重要。本文介绍了利用冰桨切削试验平台开展的不同冰材料、螺旋桨尺度、切削深度、冰推送速度及螺旋桨转速时的冰桨切削试验研究,以及对螺旋桨冰载荷、遮蔽效应和冰桨作用模式进行的测量和分析。试验结果表明：通过高速摄像机对冰桨切削过程的捕捉证明了桨叶遮蔽效应的存在;相同切削深度时,螺旋桨尺度越大,桨叶受到的遮蔽效应越严重;冰桨切削深度越深,桨叶受到的遮蔽效应越严重,且螺旋桨中受到遮蔽效应的桨叶也越多;随着冰块推送速度的增加,模型冰的破坏模式由剪切断裂破坏逐渐向局部挤压破坏和剪切断裂破坏转变;极地船舶破冰航行过程中,可适当地提高螺旋桨转速,以减小螺旋桨受到的冰载荷,提高破冰能力。     

冰载荷下船舶螺旋桨强度的有限元分析

论文研究了冰载荷下船舶螺旋桨的强度问题。基于冰载荷经验公式和五种典型计算工况,利用有限元法进行了冰载荷下螺旋桨的强度分析。建立了一种冰/桨叶碰撞计算模型,对碰撞过程中接触力的变化及螺旋桨的动态响应进行了研究。计算结果可供螺旋桨结构设计时参考。     

冰载荷下船舶螺旋桨强度的有限元分析

  目的  在冰区航行对船舶螺旋桨强度的要求很高,因此对不同情况下螺旋桨的强度进行研究十分重要。  方法  基于有限元方法,以Workbench为工具,计算在冰区运行的不同纵倾角螺旋桨不同工况下的应力、应变,并在计算前开展网格收敛性研究。  结果  由分析计算结果可知：冰级越低,螺旋桨桨叶受到的冰载荷就越小,应力、应变也越小;部分工况下螺旋桨的应力、应变变化十分类似;较大的纵倾角对螺旋桨桨叶的应力、应变影响较大。  结论  计算结果可为冰区船舶螺旋桨的强度设计提供参考。     

冰冲击载荷下螺旋桨轴系动态响应的变参数分析

螺旋桨和不同物理参数的海冰接触碰撞产生的冰载荷会对螺旋桨和推进轴系产生不同的影响,研究其对轴系的影响及轴系的响应规律可为推进轴系的设计和布置提供建议。该文基于流固耦合方法,利用ANSYS/LS-DYNA软件计算不同物理参数的海冰和螺旋桨接触碰撞时螺旋桨受到的冰载荷并分析其冰载荷的变化规律,把获取的冰载荷输入到ABQUAS,计算了对应的冰载荷下的船舶推进轴系的应力、应变值,分析了推进轴系的应力、应变值,得到推进轴系的响应规律;得出推进轴系的动态响应受冰载荷的影响较大,随着海冰径向距离的减小而增大,随海冰尺寸和速度的增大而增大,故对冰区船舶的推进装置而言,其强度有着更高的要求。     

冰对螺旋桨水动力性能影响的试验研究

为了探究螺旋桨-冰相互作用过程中螺旋桨水动力性能的变化,研究了非冻结模型冰在轴向运动时螺旋桨推力和扭矩随螺旋桨-冰之间距离以及螺旋桨不同进速系数的变化规律,以及非冻结模型冰在横向和垂向运动时螺旋桨推力和扭矩的变化规律。试验结果表明,螺旋桨在阻塞状态下推力和扭矩的值与敞水实验值相比显著增加;螺旋桨推力和扭矩随螺旋桨-冰之间距离的减小,先逐渐增加后增加值不稳定;非冻结模型冰在横向运动时螺旋桨推力不变,扭矩表现为在横向右端时最大;非冻结模型冰沿垂向运动时越往下运动螺旋桨推力和扭矩越大;区分了非冻结模型冰极端尾涡和螺旋桨-冰之间距离对螺旋桨水动力性能的影响。文中的试验设计和相关结论对于螺旋桨-冰相互作用的进一步研究有着一定的指导意义。     

冰阻塞参数对螺旋桨水动力性能影响试验研究

针对冰水混合环境下冰阻塞逼近效应对螺旋桨水动力性能影响,在空泡水筒开展了均流和冰阻塞条件下的螺旋桨模型水动力性能试验,测试了冰桨轴向、垂向间距等冰阻塞参数对不同运行工况的螺旋桨模型水动力性能影响。试验结果表明,冰阻塞物一方面改变流场特征直接影响螺旋桨模型推力和扭矩,另一方面改变桨叶的空泡特性进而影响水动力性能。在无空化状态,随着垂向和轴向阻塞逼近程度的加深,在冰阻塞环境螺旋桨模型推力系数相比于均流可产生40%和20%的增加;而在桨叶严重空泡的重载状态,螺旋桨水动力随冰桨间距的变化不明显,桨叶的空泡效应减缓了冰阻塞效应的影响程度。     

艉部先行模式下的船-冰碰撞载荷模型试验研究

双向航行极地船舶带来了艉部先行的全新冰区航行模式,然而现行冰级规范中针对艉部区域的设计冰载荷及结构加强水平仍存在着较大的分歧.以我国双向破冰极地科考船雪龙2号为原型开展冰水池物理模型试验,对艉部先行模式下船尾与巨型浮冰的碰撞进行模拟.在碰撞过程中船体冰载荷由粘贴在船尾表面的触觉传感器测得.通过艉部碰撞载荷测试数据,建立...     

冰载荷的特性研究

应用六自由度数值模型对某破冰船的连续式破冰过程进行数值模拟,得到其冰载荷的时历,并将其与试验结果进行比较,验证该方法的正确性,同时分析冰载荷动态性变化的原因。通过计算得到破冰船在不同速度及冰厚条件下的冰载荷和运动响应,以及航速与船舶冰载荷之间的关系。     

碎冰区航行船舶螺旋桨载荷数值模拟研究

冰区航行船舶螺旋桨会与碎冰发生碰撞,产生的冰载荷对螺旋桨的危害较大。本文模拟冰锥与刚体碰撞试验以验证计算方法的可行性,基于ALE算法的流固耦合分析方法对不同冰层厚度、密集度以及螺旋桨进速的冰桨碰撞进行研究。研究发现,冰载荷与冰厚基本呈正相关性,冰厚大于0.75 m时,冰载荷成连续分布且最大值增长迅速。冰载荷平均值与冰区密集度呈递增关系,最大值与密集度不呈递增关系,当密集度大于7/10时,冰载荷影响剧烈。螺旋桨进速越大,冰载荷越大,进速大于1.5 m/s时,冰载荷增长迅速。通过冰桨数值模拟分析,为实际船舶螺旋桨在碎冰区航行提供参考。     

Hydrodynamic loads on ice-class propellers during propeller-ice interaction

Hydrodynamic loads on a propeller blocked with simulated ice were studied using a cavitation tunnel. Comparative predictions were made using a panel method. The propeller was a model of the Canadian Coast Guard's R-class icebreake propeller, and the ice block was simulated using a solid blockage. Experimental results show the open water performance of the propeller, its performance behind a blockage, and the effects of cavitation in these conditions, as well as the loading on the simulated ice block. Panel method predictions were made of the time series propeller performance in the blocked flow. Cavitation during propellerice interaction resulted in a reduction of mean suction load on the ice block. Block load measurements indicated an increase in the oscillation about the mean value of the loads, with a variation in the phase of the loading with respect to blade position as compared with the non-cavitating results. Comparisons of panel method results with the measured block loads support the reliability of the dynamic measurements.List of symbols D propeller diameter - F block drag load - K _T thrust coefficient,T/(n ² D ⁴) - K _B block load coefficient,F/(n ² D ⁴) - K _Q torque coefficient,Q/(n ² D ⁵) - Q propeller torque - T propeller thrust - n propeller rotational speed - J propeller advance coefficientV _A/(nD) - P _A ambient pressure at propeller - P _ATM atmospheric pressure - P _V vapour pressure of water - V _A propeller advance speed - dissolved gas content - _s saturated dissolved gas content at atmospheric pressure - _o open water propeller efficiency - cavitation number, (P _A –P _V )/(0.5(nD)²) - density of water     

极地船舶吊舱结构冰载荷计算方法研究

该文根据国外船级社规范,初步探索了一套适用于吊舱结构冰载荷应用分析的计算方法.选取典型吊舱作为计算对象,对两种典型冰况作用条件下的吊舱包结构开展有限元计算工作,验证了本方法的工程适用性.与采用挪威船级社和中国船级社新推荐方法得到的吊舱冰载荷计算结果相比,本方法得到的计算结果没有出现非常离散的情况,差别不大.     

自升式钻井平台风载荷试验研究

由于风载荷的计算方法不准确,基于自主设计的自升式钻井平台,首次在国内风洞实验室进行了平均风静力的实验研究。首先根据模型设计相似性要求对包括钻井平台的风载荷进行了模拟实验,主要通过气动测量系统获得相关数据,然后与根据规范的计算结果进行了对比分析,最后建议对计算分析方法进行修正,为钻井平台优化设计奠定了基础。     

Numerical study of ice-induced loads on ship hulls

A numerical model is introduced in this paper to investigate both global and local ice loads on ship hulls. This model is partly based on empirical data, by which the observed phenomena of continuous icebreaking can be well reproduced. In the simulation of a full-scale icebreaking trial, the interdependence between the ice load and the ship’s motion is considered, and the three degree-of-freedom rigid body equations of surge, sway and yaw are solved by numerical integration. The variations in the level ice thickness and in the strength properties of ice can also be taken into account. The simulated ice loads on ship hulls are discussed through two case studies, in which the ship’s performance, the statistics of ice-induced frame loads, and the spatial distribution of ice loads around the hull are analyzed and compared with field measurements. As far as we know the present paper is the first to integrate all the features above. It is hoped that further studies on this numerical model can supplement the field and laboratory measurements in establishing a design basis for the ice-going ships especially for ships navigating in the first-year ice.     

弧形防浪墙波浪力的试验研究

在斜坡式防浪建筑物中,为满足越浪与稳定要求,减少工程投资,常在堤顶设置防浪墙。通过三分力天平对常用的直立式、不同墙底高程和墙高组合下的圆弧式防浪墙进行物理模型试验,直接测量作用其上的波浪力,分析不同形式下防浪墙的整体稳定性,讨论防浪墙形式引起的波浪力的变化关系。     

江海通航顶推船铰接装置的波浪载荷模型试验研究

在不规则波中对某5000吨级的江海通航顶推船进行了两销式铰接装置的载荷模型试验.模型试验数据的无因次分析表明,在浪向角60°情况下铰接装置受力比其它浪向角时都要大,并且铰接装置受到的水平弯曲力比垂向弯曲力、轴向力大得多.推导了服从Weibull概率分布变量的短期概率极值预报公式.针对试验数据,进行了实船12小时短期概率极值预报,结果表明,在设计波高4.2m时,超越概率1%时的最大弯曲力相当于该顶推船推轮的排水量.本次试验及其数据预报的极值可供设计同类型铰接装置的江海通航顶推船时参考使用.     

尺度效应对全附体潜艇阻力数值计算结果的影响

  目的  随着各国对北极地理和气候环境研究的深入,越来越深刻认识到潜艇在北极所能发挥的政治和军事价值。研究潜艇破冰上浮过程及冰载荷的动态特性,可为潜艇壳体的设计和破冰厚度的选择提供支撑。  方法  基于近场动力学方法建立潜艇破冰上浮过程计算模型。首先,详细介绍近场动力学方法用于捕捉物体断裂问题的理论基础,分析该方法用于海冰材料模拟的可行性。然后,为反映潜艇破冰上浮真实的物理过程,基于接触检测理论,建立海冰粒子与潜艇表面的接触区域识别算法,给出计算接触载荷方法。最后,将近场动力学方法与接触区域识别算法结合在一起,开发潜艇破冰上浮计算程序,以跟踪每一个时刻的破冰状态,计算海冰对潜艇壳体的作用力。并以美国DARPA潜艇模型SUBOFF为计算对象,开展潜艇破冰上浮过程数值模拟。  结果  计算结果表明：在用所提方法模拟的潜艇上浮破冰过程中,海冰的动态断裂过程与观察到的美国核潜艇的破冰上浮结果基本一致,冰载荷的动态变化与实际情况相符合。  结论  该方法能为潜艇与冰的相互作用研究提供思路,所得结果可为极地潜艇壳体结构的优化设计提供支撑。     

Experimental investigation into the effects of air pockets on wave-in-deck loads of offshore structures

In this paper, air entrapment during slamming is an investigation subjected to an experimental method of inquiry, analysed alongside a theoretical approach obtained from previous attempts to address similar matters. The experiment consisted of assembling three different sizes and depths of artificially created pockets underneath the 1:75 deck model of a 76 m × 76 m prototype to encourage air entrapment and study how this entrapped air affects local and global loads. A parametric study is ultimately conducted on the geometry of the pocket, altering area and depth to observe the response to the pressure. Air entrapment effects were observed to reduce the magnitudes of impact pressure inside the pocket while slightly altering the force time histories in x and z-directions. Force magnitudes for global forces are significantly close to the smooth deck results. However, horizontal force data are slightly higher than their corresponding smooth deck due to additional surfaces inside the pocket. In addition, a parametric study of the depth and size of the pocket reveals that pocket depth is the dominant parameter that affects the impact pressure inside a pocket.     

气垫船波浪载荷预报方法研究

高速气垫船对船体结构重量控制严格,而合理确定作用于船体的波浪载荷是结构设计、优化和安全性评估的基础。本文在气垫船船体结构受力特点分析的基础上,采用“分段船模”模型试验方法对目标气垫船开展了波浪载荷预报研究,重点解决了试验模型垫升系统动力特征相似、重量控制等关键问题。试验结果能反映目标气垫船围裙气垫的响应特点,说明所用分段船模试验方法预报气垫船运动与载荷的结果可信。基于此,对目标气垫船波浪载荷设计值的规范计算结果表明,给定的载荷规范计算方法可为气垫船结构设计提供参考。