基于Mie-Grüneisen状态方程的水下爆炸数值模拟

由于Mie-Grüneisen状态方程形式比较复杂,给界面的处理带来很大难度。本文通过对Euler方程做分离变量和引入质量分数,完成了Mie-Grüneisen状态方程下的多介质可压缩流动的数值模拟,使计算过程得到简化,并通过算例验证了该方法的可靠性。在多项式形式的Mie-Grüneisen状态方程下,利用该方法模拟了球形炸药在水中爆炸后,气体和水相互作用的近场情况。在计算模型中引入的气体质量分数,很好反映了流场中不同区域内气体、水及水气并存3种不同的状态。     

JWL状态方程及其等效多方状态方程在内爆炸计算中的应用分析

[目的]为研究JWL状态方程及其等效多方气体状态方程对内爆炸参数的影响规律,[方法]利用自主开发的程序开展舱室内炸药爆炸过程数值计算。首先,探讨JWL状态方程中ω参数及环境气体绝热指数的不同取值对内爆炸参数计算的影响规律;然后,基于JWL状态方程提出确定其等效多方气体状态方程中参数的方法,并通过算例对其可行性及可靠性进行验证。[结果]研究结果表明,ω参数及环境气体绝热指数的增大均可使最终的混合物绝热指数及冲击波峰值增大,并使冲击波到达舱室壁面的初始时间提前;ω参数的增大加快了爆炸初期爆轰产物的膨胀速率,最终使准静态压力峰值增大;而环境气体绝热指数的增大减缓了爆炸初期爆轰产物的膨胀速率,对最终准静态压力峰值影响很小。[结论]该等效方程具有一定的可靠性,研究结果可为抗爆结构设计及毁伤评估提供一定的参考和指导。     

基于AUTODYN的水下爆炸冲击波模拟研究

为提高水下爆炸冲击波的模拟精度,基于AUTODYN程序,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,研究了网格密度、状态方程等对数值模拟结果的影响.发现要同时获得较好精度的压力和冲量模拟结果需要设置较高的网格密度;而状态方程的不同也有影响,计算结果表明,相对于多项式状态方程,SHOCK状态方程模拟中远场冲击波时更为准确.基于上述研究结果,通过设置较高的网格密度并利用SHOCK状态方程模拟了实验室小水池水下爆炸的冲击波传播情况,发现无论是峰值压力还是压力衰减趋势的模拟结果都和实验相符,说明了AUTODYN模拟冲击波传播的精确性.     

基于UKF的水下目标纯方位跟踪算法

将基于无迹变换的UKF方法运用到水下目标运动分析中,给出了具体步骤,讨论了其目标运动分析问题.利用测得的纯方位序列,建立了状态方程和观测方程.通过蒙特卡洛模拟仿真,结果表明,在处理非线性问题中,UKF方法在滤波精度上有较明显的提高;在实际应用中,该方法计算量小、实现简单,有较强的实用性.     

一种弹道滤波的简化算法

针对大口径舰炮射击的弹道特性,提出了一种简化的弹道滤波方法.通过对弹道进行分段线性处理,使得状态方程和观测方程为线性形式并进行了仿真试验.仿真计算结果表明,该方法简化了模型,可以有效降低运算时间、提高计算精度且易于工程实现.     

多转角结构中转角处附加的阻振质量对结构波传递的抑制

应用波分析法研究在由平板构成的多转角结构中附加阻振质量对结构声传递的抑制作用.通过引入由半无限长板构成的转角处的透射及反射系数来求解在弯曲波及纵波入射条件下多转角结构中各板内不同形式波的波动表达式,避免了求解复杂的偏微分方程组,从而简化了分析,并在此基础上推导出附加两条阻振质量的双转角结构的能量透射效率.文中同时还进行了模拟船舶结构的简化模型的实验,验证了数值计算得出的-些规律.研究表明:附加在双转角结构的转角处的阻振质量不仅在高频区对结构声的传递有很好的抑制效果,而且还能显著增加两阻振质量之间的有限长板的-阶共振频率处的传递损失. 的多转角结构中附加阻振质量对结构声传递的抑制作用.通过引入由半无限长板构成的转角处的透射及反射系数来求解在弯曲波及纵波入射条件下多转角结构中各板内不同形式波的波动表达式,避免了求解复杂的偏微分方程组,从而简化了分析,并在此基础上推导出附加两条阻振质量的双转角结构的能量透射效率.文中同时还进行了模拟船舶结构的简化模型的实验,验证了数值计算得出的-些规律.研究表明:附加在双转角结构的转角处的阻振质量不仅在高频区对结构声的传递有很好的抑制效果,而且还能显著增加两阻振质量之间的有限长板的 阶共振频率处的传递损失. 的多转角结构中附加阻振质量对结构声传递的抑制作用.通过引入由半无限长板构成的转角处的透射及反射系数来求解在弯曲波及纵波入射条件下多转角结构中各板内不同形式波的波动表达式,避免了求解复杂的偏微分方程组,从而简化了分析,并在此基础上推导出附加两条阻振质量的双转角结构的能量透射效率.文中同时还进行了模拟船舶结构的简化模型的实验,验证了数值计算得出的-些规律.研究表明:附加在双转角结构的转角处的阻振质量不仅在高频区对结构声的传递有很好的抑制效果,而且还能显著增加两阻振质量之间的有限长板的 阶共振频率处的传递损失. 的多转角结构中附加阻振质量对结构声传递的抑制作用.通过引入由半无限长板构成的转角处的透射及反射系数来求解在弯曲波及纵波入射条件下多转角结构中各板内不同形式波的波动表达式,避免了求解复杂的偏微分方程组,从而简化了分析,并在此基础上推导出附加两条阻振质量的双转角结构的能量透射效率.文中同时还进行了模拟船舶结构的简化模型的实验,验证了数值计算得出的一些规律.研究表明:附加在双转角结构的转角处的阻振质量不仅在高频区对结构声的传递有很好的抑制效果,而且还能显著增加两阻振质量之间的有限长板的     

弱可压缩移动粒子半隐式方法（WC-MPS）与湍流大涡模型（LES）模拟溃坝流动

应用弱可压缩移动粒子半隐式法（WC-MPS）结合湍流大涡模型(LES)模拟了自由液面流动问题。该方法通过流体状态方程实现流场压力的直接计算,并根据大涡模拟Smagorinsky模型来计算湍流项。最后应用该方法,针对两个溃坝自由液面流动问题,特别考虑不同粒子直径以及湍流Smagorinsky系数,进行数值对比研究以及实验对比分析,得到了采用较小粒子直径和较大湍流Smagorinsky系数模拟大变形自由液面具有较好结果的结论。     

二维机翼非定常空泡的数值模拟研究

应用商业软件Fluent对二维翼的空泡数值模拟方法进行了研究,首先考察了湍流模型以及不可凝结气体分数对空泡数值预报结果的影响,得到了可行的空泡数值模拟方法,随后应用该方法对不同攻角、不同空泡数下的二维翼空泡进行了数值模拟,分析了升力系数和阻力系数的变化情况,结合已有的试验数据验证,表明该方法可以定性评估二维翼的空泡性能。     

基于双向势流—黏流耦合的数值消波模拟

提出一种基于双向势流-黏流耦合的数值消波方法,将计算域分为靠近浮体的黏流计算域和远离浮体的势流计算域,并通过重叠区域进行流场信息匹配。在黏流计算域中求解N-S方程,采用有限体积法对控制方程离散,采用几何VOF方法捕捉自由液面。在势流计算域中求解Laplace方程,引入线性自由液面假设,采用Rankine源法求解。在重叠区域内通过WheelerStretching方法和松弛区域法进行速度场双向信息交换。基于该方法,在OpenFOAM框架下开发了求解器,并在模型尺度下,对不同参数的规则波进行了模拟,还与waves2Foam求解器的计算结果进行对比。计算结果表明,在同等消波效果下,基于论文方法的数值模拟所需的黏流计算域消波区长度为waves2Foam求解器的1/5。     

水下爆炸载荷数值模拟方法

基于MSC-Dytran有限元软件,以水下爆炸载荷数值模拟的两类状态方程GAMA和JWL为讨论对象,通过大量数值试验,分析了欧拉网格密度、等效高压气团的初始半径、水的状态方程系数对水下爆炸载荷关键参数模拟效果的影响,给出使用GAMA状态方程时初始气泡半径的取值范围。提出采用JWL状态方程时,通过合理划分网格及提升水的状态方程系数技术模拟整个水下爆炸载荷过程的方法,该方法同时考虑了冲击波载荷和气泡脉动载荷,从而为研究近距水下爆炸载荷下结构响应提供较为准确地爆炸载荷,具有一定的工程意义和参考价值。     

锚链多体系统最优化求解方法及其对比分析

为了在不添加额外方程或判断条件的情况下，求解锚链多体系统悬链和卧链共存的状态，提出利用最优化原理描述静态锚链多体系统的状态方程，即最小势能方程，并与传统的悬链线方程和多体系统一般力学方程进行对比分析。结果表明，该方法不需要进行复杂的受力分析，形式简单且物理意义明确。数值计算结果与传统方法在计算悬链时是一致的，且可在统一的框架下计算悬链和卧链同时存在的状态。     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为厂提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性．设计了舵鳍联合减摇控制器。分析了船舶运动的非线性模型，根据实际情况进行假设，得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程，把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型；将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统．进行了舵鳍联合控制，设计了分散变结构控制器，最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明：舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇，并能尽可能大的减小横荡。     

Dullin-Gottwald-Holm方程的1-孤子解

研究了一类由Dullin,Gottwald和Holm提出的新的含线性和非线性色散项的完全可积型浅水波方程(称为Dullin-Gottwald-Holm方程)的反散射问题。首先利用反散射方法建立了DGH方程的反散射方程以及一系列求解方程,并且给出了解的一般形式,然后利用散射数据以参数形式给出了DGH方程的1-孤子解,最后画出了几个取特殊值时解的侧面图。     

基于波传播法的水下圆柱壳临界载荷-频率特性分析

基于振动的水下圆柱壳临界载荷的预报具有结构无损的优势。针对基于振动的数值仿真及振动试验预测方法存在的不足之处,提出了基于波传播法的水下圆柱壳失稳载荷的理论求解方法。建立了计及静水压力影响的水下圆柱壳固-液耦合振动方程,基于波传播方法获得耦合系统的频率方程。运用Muller三点迭代法求出水下圆柱壳的固有频率,通过线性拟合的方法求出水下圆柱壳临界载荷的弹性理论解,修正后可得到便于工程应用的临界载荷。结果对比表明了该方法的准确性,且具有方法简便、计算量小和易于参数优化的优点。     

弹性边界刚度对充液圆柱壳耦合频率的影响分析

研究了弹性边界刚度对充液圆柱壳的振动特性影响。基于Flügge理论并考虑流体的影响,根据波动法建立弹性边界条件下充液圆柱壳的耦合振动特征方程,采用一种改进傅里叶级数的计算方法得到弹性边界条件下的轴向波数,将求得的轴向波数代入耦合方程并利用牛顿迭代法求解方程得到耦合频率。通过与两种边界条件下充液圆柱壳的计算结果进行对比,验证了文中研究方法的有效性和正确性。通过算例,分析了在边界约束刚度变化过程中,充液圆柱壳的耦合频率在不同轴向波数、壳体尺寸等因素下的变化规律。     

连云港外海含沙量推求及航道回淤预测

目前国内在研究淤泥质海岸航道回淤时,通常仅有近岸含沙量的实测资料,而外海含沙量较难获得。为此,建议可以利用实测的航道淤积、近岸含沙量等资料,根据刘家驹的航道回淤计算公式,近岸率定淤积系数,反推外海泥沙含量,据此进行航道回淤预测。经过连云港7万吨级进港航道验证,计算的航道回淤与实测值吻合较好,在此基础上,对拟建的连云港15万吨级航道回淤进行了预测。研究结果表明,所提出的方法切实可行,计算结果合理可信,可以作为相似条件下航道泥沙回淤计算的参考。     

Bayesian statistical data assimilation for ecosystem models using Markov Chain Monte Carlo

This study considers advanced statistical approaches for sequential data assimilation. These are explored in the context of nowcasting and forecasting using nonlinear differential equation based marine ecosystem models assimilating sparse and noisy non-Gaussian multivariate observations. The statistical framework uses a state space model with the goal of estimating the time evolving probability distribution of the ecosystem state. Assimilation of observations relies on stochastic dynamic prediction and Bayesian principles. In this study, a new sequential data assimilation approach is introduced based on Markov Chain Monte Carlo (MCMC). The ecosystem state is represented by an ensemble, or sample, from which distributional properties, or summary statistical measures, can be derived. The Metropolis-Hastings based MCMC approach is compared and contrasted with two other sequential data assimilation approaches: sequential importance resampling, and the (approximate) ensemble Kalman filter (including computational comparisons). A simple illustrative application is provided based on a 0-D nonlinear plankton ecosystem model with multivariate non-Gaussian observations of the ecosystem state from a coastal ocean observatory. The MCMC approach is shown to be straightforward to implement and to effectively characterize the non-Gaussian ecosystem state in both nowcast and forecast experiments. Results are reported which illustrate how non-Gaussian information originates, and how it can be used to characterize ecosystem properties.     

大幅船舶横摇运动非线性附加质量惯性矩和阻尼矩特性的非参数识别（英文）

This study aims to investigate the nonlinear added mass moment of inertia and damping moment characteristics of largeamplitude ship roll motion based on transient motion data through the nonparametric system identification method. An inverse problem was formulated to solve the first-kind Volterra-type integral equation using sets of motion signal data. However, this numerical approach leads to solution instability due to noisy data. Regularization is a technique that can overcome the lack of stability; hence, Landweber's regularization method was employed in this study. The L-curve criterion was used to select regularization parameters(number of iterations) that correspond to the accuracy of the inverse solution. The solution of this method is a discrete moment, which is the summation of nonlinear restoring, nonlinear damping, and nonlinear mass moment of inertia. A zero-crossing detection technique is used in the nonparametric system identification method on a pair of measured data of the angular velocity and angular acceleration of a ship, and the detections are matched with the inverse solution at the same discrete times. The procedure was demonstrated through a numerical model of a full nonlinear free-roll motion system in still water to examine and prove its accuracy. Results show that the method effectively and efficiently identified the functional form of the nonlinear added moment of inertia and damping moment.     

海洋立管悬挂状态的固有频率和振型

文章把悬挂状态的立管简化为一端固定一端自由的梁模型,考虑截面性质和有效张力及质量的变化,其控制方程为变系数的四阶偏微分方程,运用微分变换方法推导了固有频率和振型的数值计算方法。通过数值算例验证了文中方法的有效性,考察了收敛速度的变化情况,讨论了立管末端的悬挂器具对固有频率和振型的影响,并结合工程实际,给出了若干海况下立管悬挂状态时在飞溅区的共振区域。     

A high order linear model for the prediction of internal lee waves at the main sill of the Strait of Gibraltar

A linear theory for the physical fields in the water column under the action of large amplitude internal lee waves at the main sill of the Strait of Gibraltar is developed. The procedure is a combination of the perturbation and normal modes methods in order to study steady resonant conditions. The lowest order linear approach of the methodology resumes the Taylor–Goldstein equation, which can reconstruct the main features of the observed fields but the high order approach gives the finest structure and sometimes the largest contributions. The role of the non-linear terms is investigated up to the second order taking into account the non-linear interactions between modes, leading to an effective reconstruction of the whole water column for the velocity field.