半潜船振动特性

利用Patran软件建立某半潜船有限元模型,应用Nastran软件的Lanczos方法计算此半潜船在不同载况下船舶总体垂向振动各阶模态。将计算得到的各载况下固有频率与该船主机和螺旋桨激励频率进行比较得出此半潜船振动性能良好。附连水质量对于半潜船各载况下的固有频率有十分重要的影响,因此将以源汇分布法为代表的数值计算方法与刘易斯法为代表的经验公式方法进行验证和对比,得出半潜船下潜状态的附连水质量计算应该应用数值计算方法的结论。本文对于半潜船振动设计预报及附连水质量计算具有一定的参考意义。     

基于面元法的船舶螺旋桨附连水质量与阻尼计算方法研究

在船舶轴系振动或桨轴流固耦合分析中,螺旋桨在流场中所引起的附连水质量与阻尼是很重要的参数。但实际计算中螺旋桨附连水质量常常用螺旋桨自身质量乘以一个经验系数得到,而附加阻尼往往被忽略。针对这些不足,文章利用螺旋桨水动力分析中常使用的面元法,构建了螺旋桨随轴系在水中振动时的附加质量与阻尼数值计算方法。目前求解附加质量的经典方法是基于运动物体引起流体动能变化来求解,但该方法不能求解附加阻尼。文中证明了所提出的方法与经典方法是完全等价的,同时利用该方法还可以求解附加阻尼。最后以球体、椭球体及螺旋桨为对象给出几个算例,并与解析解或其它文献计算结果比较,误差均在合理范围内,表明文中提出的方法的有效性。     

基于动网格的双圆柱体附连水质量的数值计算方法研究

介绍采用CFD软件Fluent数值计算双圆柱体附连水质量的简便方法。该方法计算出的附连水质量与试验值相比有较好的精度,可以推广于多体船总振动的附连水质量的计算。     

三圆柱体附连水质量的数值计算

研究船舶总振动时,单体船及双体船的附连水质量已经有了计箅公式,但是针对多体船（如三体船）的总振动,国内外的研究甚少。随着三体船的需求增加,需在设计时对其总振动进行预报。正确预报三体船的振动,需正确计算参与振动的附连水质量.介绍采用CFD软件Fluent数值计算三圆柱体附连水质量的简便方法,通过计算得出三圆柱体附连水质堪随间距变化的规律,得出三体船垂向振动的单位长度的附连水质量,为三体船的总振动计算提供了依据.     

小水线面双体船螺旋桨脉动压力预报方法研究

小水线面双体船(SWATH)因其优异的耐波性能成为当前重要的高性能船舶之一。针对某SWATH试验船,分别采用经验公式估算方法、CFD数值计算方法和船模试验测试方法对其螺旋桨脉动压力进行了预报分析。结果表明,SWATH船在无空泡状态下螺旋桨脉动压力整体较小,在早期设计阶段可以用常用的经验公式进行初步估算;CFD数值计算方法能满足实际工程需要,为SWATH船螺旋桨脉动压力计算和艉部振动控制提供了参考。     

螺旋桨敞水性能计算及堵塞效应研究

根据螺旋桨的投影原理以及其几何参数,用三维建模软件 CATIA 建立三维螺旋桨数值模型。根据计算流体动力学（CFD）原理,使用流体动力学软件 Fluent 对螺旋桨数值模型进行分析计算。采用 RANS 方法结合RSM 湍流模型求解螺旋桨三维粘性流场,计算域的离散采用非结构网格方法,运用相对旋转坐标方法（MRF）来模拟螺旋桨的运动,以此求出该螺旋桨在常态以及堵塞效应下的流场特性,并将螺旋桨的数值计算结果与试验结果进行对比以确定该方法的适用性。最后研究堵塞效应的相关性质并将螺旋桨普通敞水性能与螺旋桨在堵塞效应下的敞水性能进行对比,得出堵塞效应对螺旋桨敞水性能的影响。     

螺旋桨敞水性能计算及堵塞效应研究

根据螺旋桨的投影原理以及其几何参数,用三维建模软件CATIA建立三维螺旋桨数值模型。根据计算流体动力学(CFD)原理,使用流体动力学软件Fluent对螺旋桨数值模型进行分析计算。采用RANS方法结合RSM湍流模型求解螺旋桨三维粘性流场,计算域的离散采用非结构网格方法,运用相对旋转坐标方法(MRF)来模拟螺旋桨的运动,以此求出该螺旋桨在常态以及堵塞效应下的流场特性,并将螺旋桨的数值计算结果与试验结果进行对比以确定该方法的适用性。最后研究堵塞效应的相关性质并将螺旋桨普通敞水性能与螺旋桨在堵塞效应下的敞水性能进行对比,得出堵塞效应对螺旋桨敞水性能的影响。     

40万吨矿砂船全船和局部振动研究

通过有限元法对一艘40万吨矿砂船进行了全船和局部的振动性能预报。在预报过程中通过流固耦合方法添加附连水,用界面位移综合法进行局部模态分析,并用Holden法加载螺旋桨激励。计算中发现:因为主机未加横撑而引起的船体多处剧烈振动。最终提出了添加横撑的方案。该方案能使40万吨矿砂船振动性能改良,满足ISO6954标准。     

基于ANSYS的三圆柱附连水质量计算

对三体船总振动预报,需计算参与振动的附连水质量。采用ANSYS流固耦合方法模拟了一系列的不同尺度比、不同间距的三圆柱在水中振动特性,并计算附连水质量。三圆柱体的振动附连水质量随着片体增大而增加,垂向附连水质量随着片体与主体的间距增大而减小,水平振动附连水则相反,但最终都趋向于3个单独的圆柱体附连水质量之和,并根据所求结果在单圆柱体的基础上给出一个修正系数来求三圆柱体的附连水质量,并推广到三体船上。     

滑行艇尾部结构的模态分析和响应预报

针对某滑行艇尾部结构振动问题,建立尾部结构三维有限元模型,应用MSC.Patran/Nastran软件对其进行模态分析和响应预报。其中,采用虚拟质量法模拟流体与结构相互作用来计算附连水质量;运用瞬态响应分析方法计算螺旋桨脉动压力引起的尾部结构振动响应。通过分析获得该艇尾部结构的振动特性,为结构减振设计提供依据。     

一种船舶充液管路声振耦合工程计算方法

船舶充液管路由于其复杂的三维空间与多物理场的耦合,很难对其振动响应进行预报。该文基于阻抗-导纳综合法,提出了一种充液管路声振耦合计算方法,该方法采用阻抗矩阵的表达方式描述了管路元件;对于泵阀等复杂、难以通过解析公式获取的噪声源采用试验测试技术获取。并对文中的计算方法进行了仿真与试验验证,计算、试验结果均表明:文中方法的计算结果数据精确可靠,具有较高的工程应用价值。     

大型极地运输船主机功率评估方法研究

文章根据推力和阻力平衡原理,结合冰阻力模型试验结果,初步探索了大型极地运输船主机功率的评估方法。文中以一艘极地航行运输船为例,结合冰水池试验结果和满足RMRS规范要求的主机功率评估结果,对上述评估方法进行了验证。当采用理论方法评估主机功率时,设计者必须具有一定的经验,才能正确考虑冰桨相互作用以及螺旋桨的抽吸作用;当采用传统拖曳水池进行低速拖曳模型试验评估主机功率时,虽然推力减额的测量结果没有包含冰桨相互作用的影响,但一定程度上也可满足评估要求。评估结果表明:文中初步探索的理论和模型试验评估方法,能够满足该类极地运输船舶主机功率的评估,可为设计者提供参考。     

中等雷诺数方柱绕流的直接数值模拟及涡系分析

作为一种典型的钝体绕流,方柱绕流具有物体几何外形简单而流场结构非常复杂的特性,常规的基于RANS的数值计算方法难以准确模拟。DNS不使用任何湍流模型,直接求解完整的非定常流动控制方程组,模拟包括脉动在内的湍流所有非定常流动量的时空演变过程,是湍流数值模拟中最精确的方法,在复杂流动数值模拟方面的应用潜力巨大。本文自主设计和编制并行数值模拟程序,使用基于"神威·太湖之光"国产CPU架构的大规模并行计算,开展了中等雷诺数(Re=10 000)方柱绕流的直接数值模拟。其中:不可压N-S方程组采用基于交错网格的有限体积法离散;压力-速度耦合采用SIMPLE算法处理;离散得到的代数方程组采用Gauss-Seidel迭代求解;时间步进采用Euler隐式格式,对流项采用QUICK格式,耗散项采用中心差分格式;数值模拟程序的并行化使用MPI方法处理。文中重点分析了方柱绕流的复杂涡系结构,同时给出了部分湍流统计结果,并通过与RANS和LES模拟结果的对比分析,展现了DNS在复杂精细流场模拟方面的优势。     

基于改进MPS方法的三维时域水弹性计算模型

本文在作者已有的二维改进MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法基础上进行了三维拓展(主要包括三维自由面粒子判断),并通过将计算得到的三维溃坝问题结果与文献中实验结果相对比,验证了所发展模型的准确性。在结构响应计算方面,将刚性和柔性模态耦合并计及相互影响。在此基础上,将流体和结构部分通过迭代方式耦合,从而实现强流固耦合计算。最后,应用上述模型对涉及大刚体位移叠加弹性变形的三维方梁的强非线性时域水弹性问题进行了计算,验证了模型对此类问题的有效性。     

FPSO内孤立波载荷特性数值研究

文章将KdV、eKdV和MCC内孤立波理论应用到内孤立波数值模拟水槽入口速度条件计算,讨论内孤立波与浮式生产储卸油装置FPSO强非线性作用问题。结果表明,数值模拟所得FPSO内孤立波水平载荷、垂向载荷及力矩与实验结果相吻合,内孤立波载荷主要由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,粘性压差力很小,可以忽略;在水平载荷中,摩擦力较压差力约小一个量级,流体粘性的影响不可忽略;在垂向载荷中,摩擦力比压差力小很多,在分析时可以忽略流体粘性的影响。由于FPSO始终处于上层流体中,对内孤立波的模拟波形和其诱导流场的影响很小。波浪压差力可利用傅汝德-克雷洛夫公式基于动压力进行计算,而水平载荷中的摩擦力则需根据内孤立波诱导速度的切向分量对FPSO吃水湿表面求积分的方法进行计算。     

6.1万吨散货船居住区振动分析及对策研究

在6.1万吨散货船航行试验振动测量过程中,发现主机转速为91 r/min时居住区纵向振动较为严重。文章根据船体结构有限元模态分析理论,结合局部结构振动特性以及主要激励源判断,查找出居住区结构振动异常的原因,并通过采取调整压载水的对策很好地处理了该处振动问题,最终进行了有限元计算和实船测试的双重验证,计算和测试结果均满足技术规格书要求的ISO 6954振动标准,为此类船型设计和运营提供一定的技术参考。     

船舶参数横摇非线性力学特征数值分析

为研究船舶参数横摇发生的力学机理,文章基于计算流体力学方法,对DTMB5512船模规则波顶浪航行时的参数横摇运动进行了数值模拟。模拟结果表明:参数横摇复原力矩曲线会随横摇角增大而出现2个拐点,呈现出先增大、后减小、再增大的非线性特征;其零点、拐点及最大值点可以分别用垂荡、纵摇及船/波相对位置进行表征。文中方法实现了船舶参数横摇力学特征的数值分析,可为船舶波浪中的完整稳性评估提供新的方法。     

基于实验的二维八边形液舱晃荡比尺效应研究

文章针对二维八边形液舱晃荡冲击的比尺效应开展了实验研究。实验根据弗劳德相似准则分别选择1:1原型液舱与1:2和1:3两个比尺模型液舱,在横荡单次冲击外激激励的作用下,考虑80%危险载液率分别对流体冲击侧壁、上斜板和顶板时的晃荡荷载与冲击波形进行了比尺效应对比分析。分析结果表明,冲击过程中,如果原型液舱和缩比模型液舱中对应冲击壁面处于流体中,包裹的气泡越少,冲击压力峰值由模型还原到原型时更接近于原型实验实测值;若考虑整个冲击过程中的流场形态,应尽可能选择大比尺液舱来开展晃荡模型实验。     

负泊松比超材料隔振基座的实船应用分析

文章主要研究负泊松比超材料隔振基座在实船主机减振中的应用。通过数值计算方法,分别对内六角蜂窝型和星型超材料结构隔振基座的力学性能进行分析,并在整船有限元计算中对比分析隔振基座的隔振性能。研究表明,负泊松比超材料隔振基座的静力学性能与传统基座类似,隔振性能相比传统基座有明显提升,可以实现船用主机低中频段的隔振和主机基座设计的轻量化。     

艉置消振推力轴承降噪机理分析及试验验证

本文针对螺旋桨-轴系-船体耦合振动产生的高辐射噪声问题,从新型推力轴承设计出发,提出了艉置消振推力轴承的设计方案。该新型推力轴承具有艉部对称安装、纵向刚度低噪声匹配、径向采用隔振处理等技术特点。通过建立螺旋桨-轴系-船体耦合振动声辐射计算模型,采用数值计算方法揭示了艉置消振推力轴承的降噪机理,并在开阔水域开展了艉置消振推力轴承降噪效果的验证试验,试验结果表明,该新型推力轴承具有良好的降噪效果,可将螺旋桨纵向激励力经轴系传递到试验模型壳体引起的辐射噪声降低7.3 dB。该研究为降低舰船桨-轴-船耦合振动辐射噪声提供了一种新的技术途径。