带有凹陷的环肋圆柱壳水下声振特性分析

为研究凹陷对环肋圆柱壳水下振动与声辐射的影响,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FOR TRAN代码计算流体附加质量和附加阻尼,用DMAP代码将附加质量和附加阻尼矩阵同结构质量和结构阻尼矩阵叠加,实现了流固耦合计算,得到了在不同凹陷范围、凹陷深度、凹陷位置,以及力作用点与凹陷的相对位置时,圆柱壳的水下均方法向速度级和辐射声功率级频响曲线。分析结果表明:当力的作用点不在凹陷位置时,凹陷对圆柱壳的水下振动与辐射噪声影响很小,可以忽略;当力的作用点在凹陷位置时,带有凹陷的圆柱壳水下均方法向速度级和辐射声功率级的分贝值明显高于无凹陷时的情形,曲线峰值相差达4 dB。因此,在对带有凹陷的环肋圆柱壳进行试验研究时,应尽量避免激励力作用在凹陷位置,这样得到的结果会更准确。     

水深对潮流能电站载体水动力系数的影响

利用三维线性势流理论和源汇分布法研究潮流能电站载体的辐射问题,对不同水深下载体的附加质量和附加阻尼进行数值计算。计算结果表明,3个水平面运动(横荡、纵荡和首摇)附加质量随水深增大变化较为平缓,而3个垂向运动(垂荡、横摇和纵摇)附加质量随水深变化显著。载体的6个运动附加阻尼都随水深增加而增加,且波浪周期在4~9 s时增幅较大。     

浮式平台水动力参数识别方法

以深水半潜平台为研究对象,计算不同周期下的纵荡、垂荡、横摇3个振荡模态深水半潜平台的附加质量和阻尼系数,并与势流方法结果进行对比。利用1阶方法,只考虑线性1阶线性阻尼在运动中的影响,此外,还采用神经网络建模训练获得了水动力参数模型,对平台附加质量、1阶阻尼系数、2阶阻尼系数进行计算。研究结果表明,在附加质量和阻尼系数预报方面,传统势流方法与试验识别结果较为接近,可以利用神经网络计算提高水动力问题求解效率,为解决传统计算难题带来了新思路。     

船舶横摇阻尼确定方法研究

基于势流理论仅能计算由于辐射兴波引起的阻尼,不适于计算在横摇谐摇周期附近的船体横摇运动,这是因为此种情况下横摇产生的辐射兴波阻尼力矩很小,而由于液体分离产生的黏性阻尼十分显著。准确地计算船舶横摇阻尼对船舶横摇运动的研究非常重要。应用三种方法计算C11型集装箱船的阻尼,分别是船模试验确认阻尼系数、经验公式求解以及运用CFD进行数值模拟,将三种方法求得的阻尼代入船舶横摇自由衰减运动方程,最后将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较。     

大型起重船在规则波中的频域响应分析

本文基于势流理论和波浪的辐射/绕射理论,以3 600 t起重船作为研究对象,利用水动力分析软件Aqwa研究了波浪载荷对起重船的频域响应特性,计算了不同海底深度下起重船作业时的附加质量和辐射阻尼,以及当遭遇横向海流载荷危险工况时,不同航速对起重船动态响应的影响。结果表明：在低频区域内,起重船的附加质量和辐射阻尼随着水深的增大而减小,而高频区域内几乎不受海水深度的影响。当起重船遭受横向波浪冲击时,航速也对其本身的动态稳定性略有影响,且频率介于0.75～1.0 rad/s之间处于危险作业范围,通过上述动态响应等分析,为起重船作业时的波浪载荷预报提供可靠的理论依据。     

计算风压差角的经验公式

为了研究风压差角的规律,搜集了大量的实测的风压差角资料,进行了一系列的船模风洞试验。本文的第一部分根据船模试验的结果,分析船所受的风力和水阻力,从而得出简化条件下的风压差角计算公式。第二部分根据实测的资料,讨论风压差角与风速、航速及风舷角的关系,找出风压差角的规律。以上两种方法,异途同归,得到计算风压差角的经验公式f=k(w/v)~1.4(sinx+0.15sin2x)。最后,根据风压差角的经验公式做出参考风压差表;利用参考风压差表,可以方便地做出各船的风压差表。     

含惯性摆发电装置之浮标的水动力分析

文章利用拉格朗日方程推导了含惯性摆波能发电装置之浮标在规则波作用下的七自由度运动方程。为了验证所推导公式的正确性,制作了一个物理模型,并对无负载阻尼工况在水槽中进行了模型试验。借助商业软件AQWA-LINE计算浮标的附加质量、辐射阻尼系数及波浪扰动力。利用文中推导的方程,计算了浮标及摆锤的运动响应,并将理论计算得到的结果与实验结果进行了比较。最后,分析了负载阻尼系数对浮标纵摇运动、摆锤纵摇运动、摆锤相对纵摇运动及波能转换效率的影响。     

波浪作用下悬浮结构水动力特性分析

悬浮隧道作为一种新型的水上概念交通形式,自该概念提出以来,受到世界各国学者的广泛关注。为了有较好的水动力特性,通常做成类圆管形状。文章基于势流理论,采用高阶边界元方法建立数学模型,分析了悬浮隧道在不同环境参数下的水动力特性,对圆形、椭圆形和双圆截面结构所受波浪激振力、附加质量和辐射阻尼进行了分析比较,研究了结构物不同淹没深度、不同截面形状以及结构不同特征参数对其水动力特性的影响。研究结果表明:当淹没水深增加,圆截面受到的波浪激振力和辐射阻尼都会随之减小,而附加质量的变化较小;对于椭圆和双圆截面的比较,水平方向椭圆截面所受波浪激振力和附加质量都比双圆截面小,而在垂直方向的波浪激振力和附加质量则较大,且椭圆截面所受的辐射阻尼比双圆截面在水平和垂直方向上均较大;对于双圆截面,结构物受到的水平方向上的波浪激振力和辐射阻尼随着中心距的增大而增大,在垂直方向则体现出相反的趋势,附加质量在两个方向上都均随着中心距的增大而减小。本研究计算结果可为悬浮隧道相关工程的截面选择提供参考。     

考虑定常兴波影响的辐射问题去奇Rankine源方法数值计算

随着中高速船舶在海洋资源开发中的广泛应用,航速对船舶在波浪中摇荡运动的影响受到重视。本文基于势流理论,采用非均匀有理B样条(NURBS)表达物面,应用去奇Rankine源方法求解流场速度势;推导了兴波问题的二阶近似非线性自由面边界条件,以及考虑二阶近似非线性兴波影响的辐射速度势的线性自由面和物面边界条件。本文编程首先数值计算了Wigley船型的近似非线性兴波问题,将计算的线性和非线性兴波阻力系数与文献结果做了比较;然后数值计算了计及线性定常兴波影响的下潜圆球有航速辐射问题,将计算的附加质量和阻尼系数与文献结果比较。本文计算结果与文献结果吻合程度较好,验证了本文数值计算方法的有效性。文中还给出了兴波波形和辐射波形。     

多域Rankine-Kelvin源法计算浮体水动力方法研究

文章采用无限长无网格圆柱面作为控制面将流体域分为内域与外域,内域使用简单Green函数(Rankine源),外域使用满足自由表面Green函数(Kelvin源),圆柱控制面上的速度势与速度势法向导数采用Laguerre-Fourier级数进行展开。将两种水动力方法的结合既可以保持两种方法的优点又可以减少自由面上网格划分面积且内域只需要计算一次。无限长圆柱绕射势存在解析解,利用该解析解对Laguerre-Fourier级数展开速度势的精度进行验证。采用半球作为浮体,将附加质量与阻尼系数的数值解和解析值进行对比,验证该算法的精度。     

近水面单体升沉运动有限元研究与分析

采用有限元方法对近水单体在作升沉运动时的水动力系数进行分析和计算.用Fortran语言编制程序,求解速度势,得到该运动状态下的附加质量和阻尼系数的数值解.在划分单元时,取八结点等参单元,在域内使用伽辽金加权余量法,具体积分时采用Gauss数值积分.分别计算了二维圆柱和方柱的水动力系数,并对二维方柱进行分析.     

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。     

有限长半充液圆柱壳振动特性分析

基于能量泛函变分原理,研究有限长半充液圆柱壳自由振动特性和受迫振动特性。壳体各向位移采用三角级数与傅立叶级数的组合形式,利用三角级数与傅立叶级数的正交性,在变分后可消去其他2个方向的位移,只保留径向位移。通过对固液耦合接触面连续条件的正交化处理以及自由液面边界条件,可建立流体载荷幅值与径向位移幅值的关系,最终得到流固耦合控制方程。结果对比表明,能量泛函变分方法正确、有效,可为求解半充液圆柱壳固液耦合振动问题提供新的思路。     

预报船舶在波浪中航行时相对运动的三维模型

船舶首部的相对波面运动是由入射波浪、船舶运动、辐射波、绕射波和定常兴波诸分量组成。本文运用三维源汇法求解有航速的速度势的定解问题,利用航速的修正得到了基本解,求出了首部的相对运动的各分量。计算所得的总的相对运动量与实验结果的比较,甚为吻合。     

船舶有航速辐射问题的新实用数值方法

为解决船舶在波浪中以恒定速度运动的辐射问题,基于势流理论,采用三维瞬时自由面格林函数方法对船舶水动力问题进行求解。提出三维瞬时自由面格林函数波动项的新数值计算方法,并在大时间区域内基于精细积分法对三维瞬时自由面格林函数的波动项进行插值调用,最终提高波动时域格林函数的数值计算精度。对Wigley船型的水动力系数进行数值计算,并将附加质量和阻尼系数的数值计算结果与试验结果和参考文献进行对比,验证新数值计算方法的有效性。     

西非海域FPSO多点系泊系统的疲劳寿命分析

文章首先采用三维频域理论分析西非海域FPSO的水动力性能,得到船体各自由度的运动响应,慢漂载荷,附加质量和势流阻尼等;随后,利用分块法将波浪散点图离散为若干个海况,基于准动态方法对多点系泊系统进行分析,得到各海况下船体的漂移和各系泊缆的张力;最后,结合前两步的计算结果,采用T-N曲线,雨流计数和Miner线性累计损伤理论对系泊缆的疲劳寿命进行预报。研究结果表明,各系泊缆的疲劳寿命沿长度方向的分布趋势基本一致,锚链顶端和触底部分的疲劳寿命较短。此外,西非海域的涌浪对系泊缆的疲劳损伤较大,系泊设计时应予以重点关注。     

超空泡圆弧型水翼的流体动力性能计算方法

本文对有拱度而无厚度的圆弧型水翼按J.A.葛尔斯脱(Geurst)线性理论导出其升力、阻力和力矩系数公式,以便看出超空泡水翼的拱度效应。与空气动力学中所用的方法相似,首先用围道积分求出葛尔斯脱解中的柯西型积分,这样圆弧水翼的速度场可以确定。然后把复速度w(z)展成罗郎级数,设法求出级数中前三项系数,要求的流体动力系数即可得出。本文的结果可用分析和估算超空泡螺旋桨叶切面和高速水翼艇水翼的流体动力性能。最后数值计算的结果表明,当攻角和空泡数充分小时,本文结果可作为一级近似。     

预报船舶在波浪中航行时相对运动的三维模型

船舶艏部的相对波面运动是由入射波浪、船舶运动、辐射波、绕射波和定常兴波诸分量组成。本文运用三维源汇法求解有航速的速度势的定解问题，利用航速的修正得到了基本解，求出了艏部的相对运动的各分量。计算所得的总的相对运动量与实验结果的比较，甚为吻合。     

月池对振荡浮子式波能装置转换效率的影响

为了提高波能装置转化效率,提出了一种新的基于月池结构的振荡波能装置模型.基于势流理论,建立了振动浮体的一维频域运动方程,根据振动特性,分析了最佳弹簧刚度系数及最优输出阻尼,得到了波能装置最优效率表达式.结合复杂流场边界条件,基于特征函数展开匹配法,研究了各子域的速度势函数表达式,得到了振荡浮子的附加质量、阻尼系数及波浪激励力的表达式.为了得到月池结构对转换效率的作用并消除尖端共振带来的影响,计算了振荡圆盘在有无月池结构下的转换效率比.数值结果表明:在有效频率范围内,月池对振荡浮子获能效率有较大的提升作用;增大月池外部半径或减小内部半径时,装置低频部分有效频率范围增大,而高频部分有效频率范围上下限均发生变动.     

后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响

[目的]为了研究后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响,[方法]针对螺旋桨不定常激振力诱发的艇体结构辐射声,以SUBOFF潜艇为原型,建立了包含螺旋桨和轴系实体结构单元的潜艇整艇模型,采用通用有限元程序NASTRAN计算其在真空中的振动特性,同时采用附加质量附加阻尼算法计算其在水下的振动和声辐射特性,对潜艇整艇结构在螺旋桨垂向激振力作用下的振动与声辐射特性进行分析,并着重考虑了后艉轴承刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响规律。[结果]研究指出,降低后艉轴承刚度使潜艇结构振动与声辐射的能力主要向其第2阶整体弯曲振动模态频率处集中,且第2阶整体弯曲振动模态频率逐渐向低频移动;在第2阶整体弯曲振动模态频率以上频段降低后艉轴承的刚度能够有效降低潜艇整艇结构的振动和声辐射。[结论]所得结果可为声学设计阶段潜艇关键部位结构参数的选取提供参考。