水流载荷作用下的潜艇潜望镜力学特性实测与分析

潜艇的潜望镜在升起的时候由于水流的冲击作用会产生弯曲及振动等问题。严重的弯曲及振动响应会影响艇内人员对海面的观察,降低潜望镜的测量精度,甚至损坏潜望镜。因此水流载荷作用下的潜望镜力学特性是潜望镜设计、使用等环节的重要参考。文章针对上述问题,设计了潜望镜实艇实验,采用了裸光纤光栅准分布式测量技术,实现了对潜望镜水流载荷作用下的动应变响应的快速测量。通过实测数据对潜望镜的静力与动力特性进行了分析,并与理论分析、数值模拟结果进行了对比。结果表明:当潜艇在10kns以内航速行驶时,潜望镜受到的拟静水流力及振动情况较小,实测结果与计算模拟结果吻合较好;当潜艇在10kns以上航速行驶的时候,潜望镜会发生强烈的涡激振动问题,实测结果远大于计算模拟结果。文中研究工作对潜望镜的设计、日常使用与维护等具有很好的参考价值。     

新型三立柱半潜式平台涡激运动特性试验

为研究新型三立柱半潜式平台的涡激运动特性,开展平台在系泊状态下的静水拖曳试验,分析其在3种不同流向角、不同折合速度以及不同系泊布置条件下的涡激运动响应与载荷特性。研究结果表明：三立柱新型半潜式平台横向运动响应主要与其受到的脉动升力有关,在折合速度Ur为6～10的区间发生“锁定”现象;在流向角为60°时,平台横向运动最显著,标称响应幅值达到最大值,为立柱直径的0.736倍,而首摇运动标称幅值在0°流向角,折合速度Ur=10时达到最大,约为9.63°。此外,平台横向运动比较明显,纵向运动相对较小,“锁定”区的运动轨迹主要表现为垂直于来流方向的直线运动。在60°流向角下,2种系泊方式对平台横荡运动有一定影响,0°和30°流向角下改变系泊方式后的影响不大;0°流向角下,不同的系泊方式对平台首摇运动影响较大,30°和60°流向角时影响较小。     

三维水弹性力学中的结构广义质量计算

该文给出了三维水弹性力学中弹性模态位移振型归一化时广义质量的计算方法,并应用三维有限元方法计算了箱式大型浮体结构的固有频率和广质量,经与均匀梁解析解的比较表明,两种方法差异不大,因此,采用均匀染解析解来计算这种结构的固有频率和广义质量是完全可行的,简化了计算工作。     

海上浮式风机张力腿平台的水动力响应

以美国某可再生能源所的海上5 MV风机为模型,结合风机塔柱的特点,利用Orca Flex建立了一种海上风机张力腿平台简化模型。通过时域耦合计算方法和傅里叶变换,得到了该系统的动力学响应,对比并分析了在考虑涡激振动和不考虑涡激振动时各个张力腿的动力学变化和平台的水动力响应。     

表面粗糙度对立管涡激振动响应影响的试验研究

应用模型试验的方法,研究了表面粗糙度对立管涡激振动响应特性的影响规律,对不同粗糙度条件下立管所受拖曳力、升力、端部张力、漩涡泄放频率、结构振动响应频率、位移响应等参数的变化规律进行了对比分析。结果表明:与立管横向振动相比,立管流向振动更早出现锁定现象,因此当折合速度较低时,立管流向振动的涡激振动响应要大于横向振动。立管张力均存在两个峰值频率,其中一个峰值频率为主导频率,与拖曳力主导频率吻合,由流向涡激振动所产生;另一个峰值频率为主导频率的一半,与升力主导频率吻合,由横向涡激振动所产生。因此可以看出:横向涡激振动与流向涡激振动通过张力作用而相互影响。与光滑立管相比,表面粗糙度降低了立管的涡激振动位移响应,减小了涡激振动的锁定区域,但提高了漩涡泄放频率。对于不同粗糙度下的粗糙立管,随着粗糙度的增加,立管的锁定区域开始点逐渐提前,锁定结束点逐渐推迟,锁定区域逐渐变宽。     

表面粗糙度对立管涡激振动响应影响的试验研究

应用模型试验的方法,研究了表面粗糙度对立管涡激振动响应特性的影响规律,对不同粗糙度条件下立管所受拖曳力、升力、端部张力、漩涡泄放频率、结构振动响应频率、位移响应等参数的变化规律进行了对比分析。结果表明：与立管横向振动相比,立管流向振动更早出现锁定现象,因此当折合速度较低时,立管流向振动的涡激振动响应要大于横向振动。立管张力均存在两个峰值频率,其中一个峰值频率为主导频率,与拖曳力主导频率吻合,由流向涡激振动所产生;另一个峰值频率为主导频率的一半,与升力主导频率吻合,由横向涡激振动所产生。因此可以看出：横向涡激振动与流向涡激振动通过张力作用而相互影响。与光滑立管相比,表面粗糙度降低了立管的涡激振动位移响应,减小了涡激振动的锁定区域,但提高了漩涡泄放频率。对于不同粗糙度下的粗糙立管,随着粗糙度的增加,立管的锁定区域开始点逐渐提前,锁定结束点逐渐推迟,锁定区域逐渐变宽。     

水弹性力学在SWATH船体结构振动响应分析中的应用研究

文章以三维水弹性力学理论为基础,对小水线面双体船的船体振动响应特性进行了分析,预报了该船体在航行时受发电机激励下的振动响应,并与实船测量结果进行了对比,结论表明三维水弹性力学方法在船体受机械激励作用下对于船体振动响应的预报是有效的,可应用于工程设计。     

航速及定常流场对航行船体结构水弹性力学特性的影响

本文侧重于研究航速对船舶结构水弹性力学响应的影响。     

基于水弹性力学的SWATH船结构振动与噪声分析

文章以三维水弹性力学理论为基础,提出了综合考虑波浪与设备机械激励下的船体结构振动分析方法,并对小水线面双体船的船体振动响应特性进行了分析,预报了该船体的固有频率特性,及在试验工况与航行时受发电机激励下的局部结构振动响应,并与实船测量结果进行了对比。结果表明,该方法对于船体总振动、及船体受机械激励作用下的强迫振动分析预报是有效的,可应用于工程设计。同时,利用水弹性方法对SWATH船在波浪中的辐射噪声与近场噪声进行了预报,数值预报结果与试验进行了对比,表明该方法在噪声分析中也是可行的。     

加筋圆柱壳体支撑结构振动传递特性试验研究

支撑结构型式和布置位置对加筋圆柱壳体内振动传递特性具有重要影响。文中设计了加筋圆柱壳体试验模型装置,内含壳体支撑结构、平台支撑结构和舱壁支撑结构,开展了加筋圆柱壳体模型的振动模态试验和传递特性试验。以振动传递函数为评价指标,研究了不同频率下支撑结构至加筋圆柱壳体表面的振动传递特性,得出振动传递特性在低频时很大程度上受到壳体结构振动模态的影响。提出等效振动传递函数概念,分析了支撑结构的型式及布置对加筋圆柱壳体传递特性的影响。试验研究结果有助于控制动力机械设备的中低频振动传递,对加筋圆柱壳体内支撑结构的声学设计具有参考价值。     

船舱浮筏系统的隔振性能及水下声辐射试验

对浮筏系统的振动传递及水下声辐射特性进行试验研究有其重要的工程应用前景.通过对船舱浮筏系统模型的隔振性能与水下声辐射进行试验,分析了船舶运载、动力设备运转工况以及管系对于浮筏系统的隔振性能及其水下辐射噪声的影响,指出管系在船舶浮筏系统的振动传递中占有重要的地位,在高频时可能成为振动传递的主要通道.     

3 000 t海上运架梁专用起重船结构设计

简要阐述了3 000 t海上运架梁专用起重船的结构设计难点以及通过以有限元计算解决常规设计所不能解决的难点。     

水下接触爆炸载荷作用下舰船防护结构的仿真和实验研究

从数值仿真和实验两方面对接触爆炸载荷作用下舰船防护结构的破坏进行了研究.利用LS-DYNA中的ALE算法对多层防护结构在接触爆炸载荷作用下的破坏情况进行模拟,并在相同的条件下进行了实验研究,分析了不同装药量下钢板破口形状、大小和压力峰值,两者结果相比基本一致,表明数值仿真能很好地模拟实验.最后对数值仿真中钢板的塑性区域范围,以及各层板中心点处的有效应力、速度等动态参数的时间历程进行了分析,为舰船防护设计和武器战斗部设计提供依据.     

多舱防护结构水下接触爆炸吸能研究

接触爆炸条件下,舰船结构破损非常严重,大型水面舰艇的多舱防护结构以空间换防护,可将接触爆炸载荷层层吸收,从而保护防护结构内部的各个舱室。文章根据一系列水下接触爆炸试验,结合水下接触爆炸载荷下作用载荷能量和结构破损吸能计算,分析了爆炸载荷能量与结构总吸能的比例关系,以及药量、结构参数对总吸能分配的影响,对提高多舱防护结构抗爆能力具有一定的参考价值。     

水下机器人姿态角LQR-鲁棒方差控制实验研究

采用自动平衡控制系统作为物理仿真系统对水下机器人姿态角控制进行实验研究.结合具体系统设计了鲁棒方差控制器,分析了设计参数和系统参数变化对系统性能的影响.针对系统对大偏差和小偏差不同的要求,采用了LQR控制和鲁棒方差控制复合控制器;结合实际参数不确定范围确定了合理的设计参数范围;进一步结合实际调试中的具体问题确定了适当的系统参数.研究表明,LQR-鲁棒方差控制策略可以保证系统在较大范围的参数变化时保持稳定,有适当的带宽,并对随机干扰实现了合理的抑制.研究结果可供研制水下机器人控制系统参考.     

浮筏隔振效果评定的矢量四端网络参数方法与试验研究

将矢量四端网络参数计算方法引入到浮筏隔振系统隔振效果评定中。把浮筏隔振系统分解成若干子结构,在每个子结构内建立输入输出的矢量四端网络参数矩阵,利用试验测试导纳数据,计算得到了浮筏系统各个层面的振动响应特征参量,采用功率流振级落差评定了浮筏隔振装置的隔振性能。计算结果与试验结果对比表明:所采用的计算方法合理,可以准确预报浮筏隔振系统的振动能量传递,为实际浮筏隔振效果评定提供了一种工程计算方法。     

浮筏安装姿态对机械隔振系统性能的影响

以某型船舶某舱浮筏为研究对象,开展不同安装姿态下隔振系统的性能试验。比对分析在理想平行度和最大平行度下浮筏的振动传递性能,研究平行度对系统振动传递性能影响显著的样本范围及单个方向平行度误差对浮筏振动传递性能影响的规律,为某舱浮筏安装工艺提供参考。     

A consideration of the structural design of a large-scale floating structure

The land area of Japan, especially flat land, is very small compared with its economic size. Large-scale floating structures are one solution to satisfy the demand for space by utilizing the ocean. This paper presents a general view of the dynamic response characteristics of large-scale floating structures, pontoons and semi-submersibles. For example, it is shown that the natural frequencies of eigenmodes are higher than the natural frequency of heaving motion. The response of the outer framework of a structure is shown to be generally larger than the response of the central part. Within the limits of our present understanding of the general dynamic response characteristics of such structures, the design and analysis of semi-submersible, large-scale floating structures is discussed. For a pontoon-type large-scale floating structure, a type whose perimeter structure has been modified to become lighter and more rigid is proposed. With this modification, the dynamic response of the whole structure is imporved.     

低噪声控制阀优化设计及试验验证

控制阀在舰船管路系统中运行时受流体激励产生振动噪声,抑制阀门节流口空化及降低阀内流动脉动是低噪声控制阀设计的关键。该文基于计算流体动力学方法,以某型分层迷宫式控制阀为对象,进行了低噪声的优化设计。优化设计方案采取了一系列有利于抑制空化、均匀流场并降低流动脉动措施,包括应用双层渐变开孔阀套、入流整流装置、阀芯吸振装置、出流导流装置等。优化设计方案的流动计算分析结果表明,优化设计方案有利于降低振动噪声源。通过对普通控制阀、分层迷宫式控制阀和新型低噪声控制阀台架试验对比结果表明,相同水力状态下新型低噪声控制阀水动力噪声、振动响应和空气噪声皆显著降低,优化设计方案得到了试验验证。     

浮式防波堤研究进展

浮式防波堤具有环保、经济和可移动的优点,但可靠性、消浪效果的制约同时存在,大部分研究集中在使其具有更好的消浪性能上.以单体型、双体型、柔性结构、上浮式和其他形式的浮式防波堤为主线总结其研究成果、手段及进展,归纳物理模型和数值模拟的手段研究各种浮式防波堤的水动力特性,并给出实际工程的案例,可为浮式防波堤的进一步研究探索提...