水下爆炸气泡动态特性研究综述

据研究表明,对于舰船工程而言,水下爆炸造成的危害十分巨大,爆轰冲击波仅对舰船产生局部破坏,而气泡运动引起的脉动压力、滞后流对舰船造成总体破坏,危及舰船总纵强度,使舰船在中横剖面处断裂,且气泡坍塌形成的射流还会引起结构局部毁伤,近年来气泡和水中结构物的相互作用已成为国际上研究热点.为此,本文从水下爆炸气泡的基本现象人手,着重从理论分析、试验技术以及数值方法等方面阐述国内外该领域的研究进展及现状,回顾和讨论了水下爆炸气泡膨胀、坍塌、溃灭以及射流形成等莺要动力学行为的研究进程及关键技术.最后,在前人研究基础上提出了一些尚需进一步解决的问题,旨在为业界同行提供参考.     

氧化铁皮对CO2半自动单面焊气孔倾向的影响

本文就坡口上的氧化铁皮对ＣＯ_２半自动陶质衬垫单面焊气孔倾向的影响进行了试验研究,利用Ｘ射线检测、ＯＭ、ＳＥＭ、ＥＤＸ和ＸＲＤ等方法对焊道进行了宏观及徽观分析。结果表明,氧化铁皮主要由Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３和ＦｅＯ组成,并参与反应生成ＣＯ气体;打底层焊缝中形成大量夹杂物易于气泡的形核;陶质衬垫的保温作用使打底层焊道上部先于底部结晶,气泡不易逸出而形成气孔。本文还探讨了防止气孔产生的措施。     

工业纯钛激光自熔焊接工艺及气孔形成机理研究

采用IPG光纤激光器对2 mm厚TA2进行不同工艺参数激光自熔焊对接试验.借助金相显微镜、超景深三维显微分析系统、扫描电子显微镜(SEM)对焊缝横截面宏观形貌进行观察,并且对气孔分布及形貌特征进行分析,探讨焊缝对气孔的敏感性规律以及气孔形成机理.试验结果表明:TA2焊缝中气孔主要分布在焊缝中下部熔合线附近,其形状呈规则的圆形或椭圆形、尺寸小、内壁较光滑,符合氢气孔的特征;当焊接速度不变时,随着激光功率的增大,焊缝的平均气孔率呈先上升后下降的趋势;当激光功率不变时,随着焊接速度的增大,焊缝的平均气孔率呈先显著上升后下降的趋势;当氢的扩散程度和熔池液相存在时间都有利于气孔的形成,焊缝的平均气孔率达到最大值.     

保护不良对CO2半自动单面焊气孔倾向的影响

在药芯焊丝陶质衬垫CO2半自动单面焊中，由于焊接材料和焊接工艺诸多因素引起保护不良，将在焊缝中产生气孔缺陷。试验研究表明，这类气孔主要是氮气孔，其次是氢气孔。加强焊接生产质量管理是防止气孔产生的一项重要措施。     

微气泡流的数值模拟及减阻机理分析

本文采用k-ω湍流模型,进行微气泡流动的数值模拟.在数学模型中,将气泡流作为混合物的流动处理,同时考虑了气泡与水的相对运动.应用该模型,计算了不同气泡直径及喷入速度、不同主流速度下某三维回转体周围微气泡分布及其阻力变化,计算结果与已发表的试验研究的结论相当吻合.对计算结果的分析表明,微气泡减阻的关键是生成足够小的气泡并使之尽量附着在物体表面附近以获得较高的空隙率.     

计入能量损失的气泡运动三维数值模拟

在前人研究的基础上,假设能量损失主要发生在气泡体积达到最小的瞬间,通过改变压力参数计及能量损失,结合势流理论,建立气泡三维动力学数值模型。采用边界积分法求解该数值模型,计算得到气泡的动态特性,计算值与实验值吻合良好,验证了数值模型和计算方法的有效性。基于此,分别对自由场中和边界附近的气泡动力学特性进行了模拟,包括水下爆炸气泡以及空化气泡,得到了一些规律性的曲线和结论,旨在为气泡的相关动态特性研究提供参考。     

简易气泡船型不同浮态下粘性流数值模拟研究

采用mixture模型,应用有限体积法,对一简易船型在船首底部喷射微气泡,进行微气泡减阻的数值模拟.计算中考虑气泡与水之间相对运动的影响,分析不同浮态下微气泡对减少船舶阻力的影响,获取了不同浮态时微气泡在船底的分布及流动情况.     

基于RANS方法的导管推进器梢隙流动数值模拟北大核心CSCD

以导管推进器为研究对象,采用雷诺时均纳维斯托克斯(RANS)方法对其梢隙流动进行数值模拟研究。通过对网格类型、湍流模型的适用性研究以及对梢部流场的研究探讨,初步建立了基于RANS梢隙流动的数值模拟方法;数值计算结果与实验结果吻合较好。对比分析发现,结构化网格与非结构化网格相比能捕捉到梢隙流动中更加细节的流场信息,如壁面边界层流动等,更适合于梢隙流动的数值模拟。3种湍流模型SST?k-ω,RNG?k-ε及RSM的计算结果基本一致,都能有效模拟梢隙流动。通过间隙区域流场分析发现,梢隙流动的驱动力主要是叶面与叶背之间的压差,受壁面边界层流动的影响。流体进入间隙时流动分离形成间隙分离涡,间隙泄漏流穿过间隙与吸力面侧流体相互作用,卷起形成梢隙涡,在约37.5%弦长位置处形成并附着在桨叶壁面发展,大约在75%弦长位置与桨叶分离进入尾流场中。研究获得了梢隙涡的起始、发展、脱落的变化过程。     

基于固有变形的船用钢薄板对接焊失稳变形的数值分析

在船用钢薄板的焊接过程中,不但会产生常见的焊接变形,也有可能产生焊接失稳变形。本文以焊缝的固有变形为依据,阐明船用钢薄板对接焊失稳变形产生的内在机理;同时,以固有变形为输入参数,通过弹性有限元分析的数值模拟,预测出可能产生的失稳变形模态和变形值;最终,通过四种不同的工艺方法(激光焊、瞬态热拉伸、随焊激冷和间断焊等),来减小固有变形的数值,并控制薄板对接焊接头可能产生的失稳变形。     

水下排气流动与噪声特性试验研究

为明确水下排气噪声发生的空间位置,掌握流动形态对排气噪声的影响特征,在水池中通过水下摄像和噪声监测方法研究了瞬态水下排气过程。结果表明：40 mm管口水下稳定排气产生的气泡直径约3～21 mm,气泡群上浮平均速度为0.31 m/s;水下排气噪声主要发生在排气管口附近,在气泡形成过程中产生,单极子辐射占主导地位,是水下排气的主要噪声源;气泡上浮时的噪声总级远低于管口气泡形成噪声,与背景噪声接近,是水下排气中可以忽略的噪声源,其频谱特征中主要是气泡固有频率,峰值频率约800 Hz;气泡在水面破碎时产生的噪声比排气出口噪声略低,是水下排气的次要噪声源,偶极子噪声占主导地位。     

沉箱码头后方棱体结构的优化设计及主要施工工艺

常见重力式沉箱结构码头岸边装卸机械的前、后轨道梁分别坐落于码头胸墙和沉箱后方的抛石棱体上,由于胸墙和抛石棱体的后期沉降量不同,在使用期常会发生后轨道梁低于前轨道梁的情况,是重力式码头普遍存在的问题.在唐山港京唐港区25万t级矿石码头工程实践中,通过对沉箱后方减压棱体结构的优化设计,探讨沉箱码头后轨道梁沉降通病的解决方案...     

软土地基上板桩码头结构方案研究

以某软土地基上的板桩码头工程为例,采用地下连续墙作前墙、混凝土梁连接前后桩基的设计方案。考虑到软土地基的材料非线性,地基土体采用邓肯-张模型,并使用有限单元法分析板桩码头各构件的应力分布规律和变形特点。另外,采用多种方案对比的方法对码头结构设计方案中的前墙入土深度和两排PHC桩基的桩长进行研究。分析前墙入土深度和PHC桩长对板桩码头位移和内力的影响,并给出前墙入土深度和PHC桩长的优化结果,为工程实践中板桩码头的结构优化设计提供依据。     

前板桩高桩码头结构形式的应用

提出一种适用于陆域狭窄、码头悬臂段大、地震液化条件下的前板桩高桩结构形式,主要结构特征为:前板桩选用钢管型组合钢板桩,其后结合PHC叉桩锚碇设高桩梁板结构,高桩结构后方设挡土板和减压棱体,钢板桩在极端低水位处设泄水孔;可液化的粉砂层地基土进行水下振冲密实处理。     

桩基重力式支护结构的不同计算模型

桩基重力式支护结构由重力式胸墙和双排桩组成,是一种半刚性半柔性支护结构。对该结构的设计,相关单位根据规范采用平面钢架弹性支点法计算下部双排桩,同时将上部胸墙简化为悬臂梁进行计算,但由于胸墙为刚性体,受力特征及对双排桩的约束与悬臂梁不同。为了系统研究该结构在不同计算模型中的变形及内力分布特征,对比规范设计和实体模型的计算结果。结果表明:参照相关规范设计时,上部胸墙产生线性位移,后排桩的弯矩及剪力都大于前排桩;而在实体计算模型中,上部胸墙发生平动位移模式,由于基坑开挖受到主要的土压力差作用,前排桩产生的弯矩和剪力都大于后排桩。     

不同含水量液舱在弹体撞击下的动态响应特性

为了明确液舱在平头弹体侵彻下的变形毁伤特点,利用100%含水量液舱的高速侵彻实验,结合数值仿真方法,分析了平头弹作用下液舱含水量对舱壁动态响应的影响规律。结果表明：在相同含水量条件下,弹体初速度越高,弹体在水中的速度衰减越快,耗散的动能越多;同时弹体速度的衰减也随液舱含水量的增加而增大。弹体动能的耗散使得舱内形成空泡,且空泡尺寸随弹体速度的增加而增大。液舱壁由于空泡的作用产生了外凸变形,且其变形量随弹体速度及含水量的增加而增大;当液舱部分含水时,舱壁出现非对称变形,液面下的舱壁的最大变形量与满舱时近似相等。     

Characteristics of a bubble jet near a vertical wall

A numerical model of a coupled bubble jet and wall was built on the assumption of potential flow and calculated by the boundary integral method. A three-dimensional computing program was then developed. Starting with the basic phenomenon of the interaction between a bubble and a wall, the dynamics of bubbles near rigid walls were studied systematically with the program. Calculated results agreed well with experimental results. The relationship between the Bjerknes effect of a wall and characteristic parameters was then studied and the calculated results of various cases were compared and discussed with the Blake criterion based on the Kelvin-impulse theory. Our analyses show that the angle of the jet＇s direction and the pressure on the rigid wall have a close relationship with collapse force and the bubble＇s characteristic parameters. From this, the application range of Blake criterion can be determined. This paper aims to provide a basis for future research on the dynamics of bubbles near a wall.     

Hydroelasto-plasticity approach to predicting the post-ultimate strength behavior of a ship’s hull girder in waves

Dynamic collapse behavior of a ship’s hull girder in waves is investigated; post-ultimate strength behavior is the focus. Firstly, a simulation method is proposed. Assuming that a plastic hinge is formed during the collapse of the hull girder, the whole ship is modeled as two rigid bodies connected amidship via a nonlinear rotational spring. The post-ultimate strength behavior, such as the reduction of load carrying capacity due to buckling and yielding, is reflected in the model. Hydrodynamic loads are evaluated by using nonlinear strip theory to account for the effect of large plastic deformations on the loads. A scaled model for validation of the simulation is designed and fabricated. Then a series of tank tests is conducted using the scaled model to validate the simulation results. Post-ultimate strength behavior characteristics in waves are clarified by using the numerical and tank test results. It is shown that the hull girder collapses rapidly after reaching ultimate strength, and then the plastic deformation grows until unloading starts at the collapsed section. Finally, several parametric dependencies of the extent of the collapse behavior are discussed based on a series of the simulations.     

船舶柴油机喷油泵柱塞穴蚀机理的数值仿真研究

针对船舶柴油机喷油泵柱塞螺旋槽上方壁面的穴蚀现象,建立了喷油泵柱塞与套筒模型,利用FLUENT软件对喷油泵内流场进行数值仿真计算,重点研究局部低压区、湍流涡团以及气泡析出、成长和溃灭过程。研究结果表明,柱塞螺旋槽与套筒回油孔构成的重叠开口的大小和形状对燃油流场具有决定性影响,产生低压区和湍流,生成的气泡溃灭时对柱塞螺旋槽上方壁面和回油孔内壁产生机械冲击,造成穴蚀。     

Centrifuge performance of LCSM wall reinforced pile-supported wharf subjected to yard load-induced marine slope soil movement

Lattice cement soil mixing (LCSM) walls are constructed to relief the marine slope soil movement that will trigger failure of the pile-supported wharf, the structural performance and pile-soil interactions after the LCSM implementation are major concerns. This paper investigated motion modes, load-displacement relations, soil and pore pressures, and bending moments of pile-supported wharfs with LCSM walls subjected to yard load-induced slope soil movement via centrifuge modeling. Results showed that the LCSM wall tilted to compress the soil and pile, inducing the tilting of the wharf. The lateral structural displacement was effectively restricted by the LCSM wall compared with that of a nonreinforced wharf, but the LCSM wall was not superior to the other lattice wall type with legs in limiting the lateral structural displacement, and the deep LCSM wall worked better at larger soil movement. The rear piles were evidently affected by slope soil movement and were compressed in the middle part. Soil pressures generally increased with increasing yard loads, whereas their distributions were deeply affected by different LCSM wall depths. Pore pressures were greater around the tilting LCSM wall because of larger soil shear areas but dissipated when soil movement stopped. Bending moment distributions indicated evident waterside curvatures in rear piles, whereas waterside curvatures occurred in the upper part and landside curvatures occurred in the lower part in front and middle piles, the effects of LCSM wall types and depth on bending moment distributions were tremendous.     

全垫升气垫船内部流场的数值模拟与改进

应用计算流体力学(CFD)方法对全垫升气垫船气囊内部的气动特性进行数值模拟计算,获得了气囊内的三维流场分布.其中的关键问题是气囊的排气孔壁面的处理,文中采用了多孔介质模型进行近似,针对气囊前后端压力不平衡的问题,分别采用在进气道内设置导流叶片和在气囊通道中设置隔断两种方法使压力趋于平衡,并通过数值试验找出其最佳位置.此外,文章还对实船相似设计的合理性进行了讨论.