基于流固耦合方法的船舶破冰阻力参数敏感性研究

本文基于带有塑性应变失效准则的弹性断裂失效模型建立平整冰有限元模型,采用LS-Dyna流固耦合方法对船舶在平整冰条件下航行的冰载荷开展了数值模拟,选取航速和平整冰厚度作为敏感性参数,分析了参数变化对破冰阻力的影响。研究发现:各方向上的冰载荷在时域上均存在一定的周期性,冰层在船艏撞击和浮力作用下,通常以多种破坏模式的混合方式同时出现;船舶在平整冰环境下的破冰阻力随航速和冰厚的提高基本呈线性增加的趋势,不同航速及冰厚条件下的破冰阻力数值计算结果与Lindqvist经验值的误差分别在-7.5%～13.1%和-10.8%～19.4%范围内,采用LS-Dyna流固耦合方法对船舶破冰阻力进行预报具有较高精度。     

基于参数化船型的阻力优化研究

船型几何模型的参数化表达,是船型多学科设计优化的基础。其作用是为各学科分析和优化提供一个统一的几何模型,并根据各学科分析结果自动修改调整船体型线。文中尝试使用Friendship进行船体完全参数化建模,并使用该软件中的feature编程功能编程实现shipflow型值数据的提取;通过改变一系列重要的船型参数实现变换船型几何模型,以获得满足性能需求的船型。最后利用该软件的优化框架,采用切线搜索法 (Tangent Search, TSearch) 完成1300TEU集装箱船的兴波阻力优化,优化球首和前体船体曲面。结果表明,该参数化方法在改进船型水动力性能方面有很好的效果。     

基于ABAQUS仿真的水下液压破碎锤凿岩施工参数设计

针对液压破碎锤水下凿岩施工无法可视化、施工参数难确定的问题，采用ABAQUS仿真平台进行水下液压破碎锤凿岩模拟，对凿岩施工参数设计进行理论研究。不同型号破碎锤的冲击能大小对凿岩速度的影响很大，为获得理想的施工效率，需根据岩石参数选择破碎锤型号。研究发现3个自由面条件下凿岩产生2个方向的劈裂效果，随着凿岩布孔间距少量增大，凿入深度变化不大，但劈裂效果产生的深度变化较大。对于航道疏浚平整度要求高的情况下，选择凿入深度和产生劈裂效果深度相当的布孔参数，施工效率和施工质量均能达到理想的效果。     

基于阻力性能的金枪鱼船船型参数优化研究

在一定约束条件下,合理改变船体形状可以有效地降低船舶阻力.论文使用了一种船体线型改变方法,描述了船型参数变化与总阻力变化的关系.首先确定影响渔船阻力性能的主要船型参数,然后使用Lackenby方法改变船体型线生成系列船型样本空间,利用数值模拟对样本进行阻力预报,最后探讨船型参数变化对总阻力的影响,并优选出阻力性能最优的...     

高频破碎锤水下破礁特性的现场试验研究*

为研究长江航道环境敏感区生态清礁技术,通过开展高频破碎锤水下清礁现场试验,研究高频破碎锤水下清礁特性,优化破礁参数。试验结果表明：高频破碎锤锤击过程中钎杆嵌入礁石的速度随钎杆和礁石接触面的增大而逐渐降低。钎杆嵌入深度随锤击时间的增大依次经历陡增、缓增及恒定3个阶段,依次对应高频破碎锤的高效破岩、低效破岩和无效破岩阶段。高频破碎锤水下清礁的单次最优锤击时间为20 s,最优锤击间距为0.3 m。研究成果对丰富环境敏感区水下生态清礁技术具有重要的参考价值。     

最小阻力的参数化船型优化研究

采用基于形状参数的船型参数化方法实现复杂舰船的参数化建模,利用Isight集成框架构建基于阻力的船型优化模型,实现参数化船型生成、阻力计算及优化算法等功能模块集成。以某船型为例,选取5个船型参数作为优化变量开展船型优化,并对优化算法开展研究分析。优化研究获得了阻力最小的船型参数组合及合适的优化算法,算例表明,基于形状参数的船型优化方法具有较强的适用性。

     

基于连续梁桥短线法施工控制的结构参数敏感性分析

从连续梁桥短线法施工控制基本思想出发,以崇启跨江大桥50 m跨引桥短线法施工控制项目为背景,建立有限元模型模拟全桥施工,对连续梁桥成桥线形影响较大的5个结构参数进行敏感性分析。得到各个参数变化时,对结构成桥线形和结构应力的影响,提出影响主梁预制与安装线形的主要因素,以进一步提高梁段预制和安装的精度。     

基于参数化CAD模型的船型阻力/耐波性一体化设计

在舰船概念设计阶段,往往需要快速生成阻力和耐波性能兼优的船型。采用基于母型船的船型融合生成方法,实现了参数化船型自动生成。在此基础上,采用iSight优化平台,将参数化船型生成技术与阻力、耐波性计算模型集成,运用多学科设计优化技术实现了船型阻力/耐波性性能一体化设计。优化方法采用多目标遗传算法以获取Pareto前沿。以一艘46 000 DWT油船的型线优化为算例对这个过程进行了具体说明,试验结果表明总阻力降低了3%,验证了这种方法的可行性。     

公路施工效率和质量的影响因素及其对策研究

从施工组织设计、突发性事件、试验检测和现场监测以及外交公关等方面分析了施工效率和质量的影响因素,并根据工作经验和工程实际情况对上述影响因素提出了应对措施和优化方案。     

基于三维离散元法的绞刀运转效能分析

针对不同绞刀结构下的运转效能影响机制问题,基于离散元(DEM)法,研究了锥型绞刀和冠型绞刀在切削土体过程的工作效能。结合工程实际数据,在三维离散元软件YADE中进行通用型绞刀头建模,并验证其数值模拟可靠性。优化绞刀结构形式,建立了新的锥型绞刀和冠型绞刀的三维模型并模拟分析了两者在不同工况下的切削过程。结果显示,锥型绞刀较冠型绞刀具有更优的挖掘效能。     

基于扩展多面体的离散单元法及其作用于圆桩的冰载荷计算

  目的  内聚区长度是处于破坏边缘的内聚力单元长度与其连接的其他内聚力单元长度之和,决定了网格的最大尺寸。精确估算内聚区长度并合理划分网格是影响计算精度的重要因素。  方法  为此,基于J积分的部分假设和已有的研究成果,在原有的内聚区长度计算公式中增加关于长厚比的修正函数,然后将修正后的内聚区长度计算公式应用于冰力学模型,再基于有限元法建立双悬臂梁数值模型进行模拟,并与试验结果进行对比,以验证修正后内聚区长度计算公式的精确性。   结果  研究表明,在一个内聚区长度内至少存在4个内聚力单元才能较精确地描述断裂过程。相关结果应用于三点弯曲试验模型模拟的结果显示,断裂点的极限载荷误差为2.9%且在合理范围内。   结论  修正后的内聚区长度公式更适用于冰材料。     

基于离散元方法的极地浮碎冰区船舶冰阻力研究

本文采用离散元方法建立浮/碎冰模型,结合欧拉多相流VOF方法数值模拟船舶与浮/碎冰间的接触碰撞过程。重点对比分析了船冰作用过程中三种接触力计算模型：Hertz-Mindlin模型、Linear Spring模型及Walton Braun模型对船冰作用形式及冰阻力数值的影响。得出在同一工况下,三种接触碰撞模型对船体周围碎冰运动模式变化影响一致。对于船体所受冰阻力,通过分析船长、船宽方向冰阻力数值并将计算结果与DuBrovin经验公式进行对比,得出使用Linear Spring接触力计算模型计算的阻力幅值发散低,数值相对稳定且计算误差较小。本文研究工作对极地冰区船舶与浮碎冰相互作用的阻力计算具有一定的指导意义。     

抛石基床振动夯实离散元数值模拟分析

针对高频液压振动夯实抛石基床密实机理与施工参数优化问题,基于振夯试验条件及结果,建立合理的颗粒离散元模型。分析夯沉量、基床孔隙比和竖向应力,并分析不同激振力和振动频率作用下的基床振动响应影响规律。结果表明：1)夯沉量在初始阶段急剧增大,随后逐渐趋于平缓。振夯作用下抛石基床竖向应力沿深度基本呈线性变化。2)最大激振力为150 kPa时,基床浅层达到较好的振动密实效果。而对于基床深层块石,激振力越大振动密实效果越好,即最大激振力为200 kPa效果较好。3)对于基床不同深度处的块石,振动频率25 Hz达到较好的振动密实效果。     

基于面元法的兴波阻力优化研究

船舶是水上运输中不可或缺的重要工具之一,为使船舶在相对较短的时间内,一次性运输更多的货物,船舶朝着大型化和高速化的方向发展。船舶体型增大和速度提高后,在水中航行时,产生的兴波阻力随之增大,由此导致燃料的消耗进一步增加。为有效解决这一问题,应当对兴波阻力进行准确计算,从而为船型的优化设计提供详实可靠的依据,在保证船舶航行性能的基础上,降低燃料消耗量,达到经济航行的目标。基于此,本文从兴波阻力的成因及其重要性分析入手,论述了基于面元法的兴波阻力优化。     

基于有限元法的小水线面双体船结构优化

小水线面双体船结构复杂,需要有效的工具对其进行优化设计,在满足强度刚度要求的情况下控制结构重量.本文利用优化软件Altair.OptiStruct、Msc.Nastran、iSIGHT对一艘小水线面双体船结构进行了尺寸优化、形状优化、和拓扑优化.结构优化基于有限元法完成,以结构重量作为目标函数,结构应力作为约束条件.优化结果表明,通过选择适当的设计变量,能够在结构应力不超过规定上限的条件下使结构重量显著降低并达到最小值.     

基于有限元法的柔性靠船桩设计分析

选取广州港某扩建码头中使用的柔性靠船桩作为工程实例,采用P-Y曲线法,利用通用有限元软件ANSYS对柔性靠船桩进行受力分析;同时土体采用Mohr-Coulomb模型,利用有限差分软件FLAC建立实体土单元与柔性靠船桩相互作用模型进行桩的受力复核,并将二者的计算结果进行对比分析,得出较为合理的设计成果,为港工设计人员提供有效参考。     

基于CSR有限元分析球扁钢等效方法研究

基于CSR的油船有限元分析中,球扁钢不可以直接进行疲劳及屈曲计算,需将其等效为L型材或T型材。规范要求保证等效前后横剖面面积及惯性矩特性与原球扁钢相同。而且在利用PULS进行加筋板屈曲计算时对其加强筋（如扁钢、L型材及T型材）有尺寸比例限制。依据上述要求建立了球扁钢等效优化模型,并采用相应优化算法进行求解。实例计算结果表明,所用方法基本保证了等效结果满足规范要求,并可以进行屈曲计算,达到工程应用要求。     

基于有限元法的螺旋式环保机具仿真研究

相对常规清淤工程,生态清淤施工有挖泥精度高、减少底泥扰动、高挖掘浓度等要求。针对这一生产需求,研发出一款螺旋式环保机具。该机具挖掘的泥浆浓度理论上大于60%,满足施工要求。根据设计要求,机具关键结构的强度和刚度应满足所有作业工况需求,但无法通过数学计算直接进行验算。利用有限元法分析复杂结构,采用整体建模方法构建机具仿真模型,并采用枚举法分析各作用力,模拟不同工况下的应力和形变,评估机具的强度和刚度。研究表明,机具各结构强度和刚度均满足作业需求;同时发现,深度缸和调向缸的上、下铰点存在位移差,螺旋刀组轴远、近马达侧的变形量也不同;最后提出可通过设计万向节来实现液压缸变形补偿,以防出现液压缸结构损坏。     

锥体海洋平台结构冰荷载的离散单元分析

在冰区油气开发中,锥体结构可以有效降低冰力,避免强烈的冰激振动,是目前渤海油气平台的主要结构形式。为研究海冰与锥体结构的相互作用过程,文章建立了适用于模拟海冰破碎特性的离散单元模型。该模型将海冰离散为若干个具有粘接-破碎功能的颗粒单元,并通过海冰弯曲试验确定了单元间的粘接强度;然后对海冰与锥体结构的作用过程进行了数值计算,获得了相应的动冰荷载及冰振响应;在此基础上讨论了不同锥角影响下冰荷载及结构振动响应的变化规律。结果表明,水平方向冰荷载及结构冰振响应随锥角的增加明显增加,而竖直方向冰荷载则显著降低。该离散单元模型还可进一步应用于不同类型抗冰结构的冰荷载分析,有助于解决冰区结构物的抗冰结构设计和冰致疲劳分析。