限制水域中三维船舶操纵运动水动力计算

将Ｈｅｓｓ的三维Ｐａｎｅｌ的方法和Ｂｏｌｌａｙ的平板升力模型相结合，计入了船体厚度的影响，采用三维累加三次张力样条进行船表曲线光顺拟合，并在其上分布源汇，运用高阶面元方法，对Ｓｅｒｉｅｓ６０及其相当平板求解了船舶在浅水、浅窄航道中的操纵运动水动力，给出了各种计算曲线。     

大阪号油轮在浅水,有限航速下的操纵水动力计算

利用浅水有限航速下操纵船体的水动力计算方法计算了大阪号油轮的操纵运动线性水动力导数，将计算结果与试验结果进行了比较，结果是令人满意的。     

自由面上作操纵运动三维船体粘性流场数值研究

船舶与土木工程学院张谢东副教授获准国家自然科学基金资助,课题为“自由面上作操纵运动三维船体粘性流场数值研究”. 1.研究目标为 项目的主要研究目标是建立在自由表面上作操纵运动船体的粘性理论计算模型和相应的数值计算方法,开发出一套关于在自由表面上作操纵运动船体三维粘性流场及水动力数值计算的计算机软件.从而提高船舶操纵水性动力理论计算和船舶操纵性预报的精度,填补国内运用粘性流体力学理论研究船舶操纵性的空白. 2.研究内容 项目主要研究在自由表面上作操纵运动三维船体的粘性流动问题.运用现代CFD技术,以粘性流体力学基本方程RANS方程为基础,对在自由表面上作斜航和回转运动三维船体的流场、压力分布以及水动力进行数值计算,以精确地预报三维船体作操纵运动时的复杂流动现象,如三维流动分离和分离涡,精确地预报自由面上作操纵运动三维的水动力.为了验证理论计算的准确性,还将做相应的船模操纵性试验研究. 3.拟解决的关键问题 1) 采用原始变量法模拟船体粘性绕流的关键问题之一是船体坐标网格的生成,这是数值计算的基础,网格结构、类型和尺度将直接影响粘性流场数值计算的精度.因此,本研究的重点将放在对各类网格生成方法比较、不同网格对数值计算的影响以及三维船体网格生成的通用性和局部加密的研究上. 2) 采用N-S方程求解三维船体粘性绕流的另一关键问题是方程的数值离散问题,本项目将对传统的数值离散方法如有限差分法、有限解析法和有限体积法等进行系统的分析、比较,以寻求一种较为稳定和精确的方法,对作操纵运动船舶的粘性绕流进行计算. 3) 湍流模式和壁面处理形式也是影响粘性流动理论计算的精度和效率的一项重要因素,本研究将对适合于作操纵运动尤其是作大角度斜航和回转运动三维船体的粘性流动计算的湍流模式和壁面处理方法进行研究与探索. 4) 同时考虑粘性和自由表面的影响是研究的一个难题,也是将要解决的关键问题. 4.项目创新之处 项目的创新之处是在船舶操纵运动的理论研究中,引入了粘性流体力学的理论和方法,并且首次同时考虑自由表面和粘性对作操纵运动船舶的水动力的作用,运用现代CFD技术及粘性流体动力学方程,分析、计算作操纵运动船舶的流场、压力分布及水动力,从而建立更加合理、精确和完善的操纵运动船舶水动力理论计算模型和数值计算方法. 科技处(余区办) 章爱武     

分离涡对船舶操纵运动水动力的影响

为了探讨船体分离涡对船舶操纵运动水动力的影响，文中给出了计及“涡的影响因子”的自由表面条件，在新的定解条件下计算了船舶操纵运动时的横向水动力，并与不考虑分离涡影响的计算值进行了比较。     

翼航前船底对水翼水动力性能的影响

研究水翼船起飞前船体对水翼水动力性能的影响。在起飞前，船体处于滑行状态，自由表面表现为“双翼效应”。计算中，水翼及类似于小展弦比机翼的高速船体滑行面采用存在分离涡的绕流模型，将偶极子分布于物体表面上，通过迭代计算出非线性水动力系数。探讨了船体滑行面与前、后水翼间的相互干扰。结果表明，高速时，船体的存在对前翼影响不大，但对后翼产生明显的消极作用，由于水翼对船体滑行面提供了相当的升力，使得相干扰的结果     

浅析浅水对船舶操纵的影响

船舶从深水航行至浅水或在浅水中航行，会产生浅水效应，出现阻力增加，船速下降，船体下沉等现象，从而影响船舶的操纵性能。     

三维机翼尾涡面卷曲的数值模拟

采用离散涡环法来模拟三维机翼的升力效应，机翼尾涡面由双曲四边形面元进行离散．每个面元上布置线性偶极子分布，由尾涡面上的运动学条件来确定三维涡面卷曲形状，在诱导速度计算中引入了非奇异化的光滑参数，数值模拟结果显示了本方法的有效性，与试验结果和其他数值方法相比是吻合的．     

穿透自由面平板横荡和道水动力计算

介绍了一处计算穿透自由在垂直平板横这运动水动力的三维Ｒａｎｋｉｎｅ面元法，采用在平板平均上及其尾流中的涡强谐变的涡分布，同时，彩在围绕平板的自由面上 强谐变的源分布以计人自由面影响，将所介绍的方法应用于小展弦比垂直平板，给出了计算结果并对结果进行了讨论。     

基于NURBS高阶面元法的浅水船舶兴波阻力计算

实现了一种船舶兴波阻力和兴波波形的数值计算方法，将CFD与CAD技术联系在一起，应用NURBS曲面造型技术将船体曲面表达为统一的数学模型，使性能计算的真实物面条件得以满足，应用高阶面元法数值模拟单、双体船在浅水航道中定常直航状态下的兴波阻力与兴波波形，并与瑞典ShipFlow软件的计算结果进行比较分析，表明该方法是可行的．     

38万吨矿砂船结构强度计算和加强方案研究

以38万吨超大型矿砂船为计算对象,通过对舱段三维有限元结构建模方法、线外水压计算方法、舱内货物压力的计算方法以及端面施加弯矩等技术,形成了一种的超大型矿砂船舱段结构有限元强度校核的计算方法和评估体系,得出了船体甲板、外板、舷侧和舱壁等主要结构的应力,并真实地预报船体结构应力集中的区域,作为判断船体结构强度提供依据.也为后续的加强方案提供依据.     

水箱内浅水三维流动计算

利用Ｇｌｉｍｍ方法计算了水箱内浅水的三维流动，给出了水箱内水量随时间的变化以及任意时刻水箱内水位的分布情况，其结果在一定程度上可以解释甲板上浪引起船舶倾覆的机理。     

基于NURBS的三维船体曲面重构

针对重大件货仿真系统中船体曲面造型问题，给出了基于NURBS(非均匀有理B样条方法)技术重构船体曲面的主要步骤。对于给定的船舶型值点，用累加弦长参数化方法构造节点矢量，用非均匀有理B样条方法进行横剖线和水线的全局插值，并构造出规整的船体曲面的插值点网格，进而重构出以NURBS为统一数学表达式的船体曲面。仿真结果表明应用NURBS方法重构出的三维船体具有高度真实感。     

船体极限纵向强度及其统计量的计算

研究了一种计算船体极限纵向强度的实用方法。给出了构成船体梁横剖面的单元在轴向压力作用下的平均应力－应变关系，分析船体梁在纵弯曲时的逐步崩溃行为，求船体纵向弯矩－曲率关系，并求船体极限纵向强度的统计量，给出了计算实例。     

浅析浅水对船舶操纵的影响

船舶从深水航行至浅水或在浅水中航行 ,会产生浅水效应 ,出现阻力增加、船速下降、船体下沉等现象 ,从而影响船舶的操纵性能     

明渠非恒定流的一维浅水波与三维VOF耦合模拟

提出了一种一维浅水波与三维VOF模型耦合的明渠非恒定流数值计算方法。此方法通过建立两个计算模型间变量的数学关系,实现由三维区域为一维区域提供流量,一维区域为三维区域提供压强和水体体积分数分布。用耦合方法模拟了矩形断面渠道增、甩负荷两种典型非恒定工况,将结果与一维浅水波模型计算结果对比,表明本方法在定性上正确,在定量上准确度也较高。最后利用这一方法模拟了某水电站带引水渠压力前池的非恒定流现象,获得了最大溢流量、最高和最低水位等重要参数。耦合方法同时结合了一维模型计算较细长明渠渐变流的效率和三维方法模拟局部明渠急变流的准确性,可为分析工程中复杂的明渠流动问题提供更优选择。     

操纵运动船体三维粘性流场及水动力计算

船舶与土木工程系邹早建教授主持的科研项目“操纵运动船体三维粘性流场及水动力计算”,得到教育部资助. 项目简介如下. 1. 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 项目研究的目标是通过对操纵运动船舶三维粘性流场及水动力数值计算方法的研究,开发出一套操纵运动船舶三维粘性流场及水动力计算的计算机软件.研究内容包括：采用RANSE对作操纵运动船舶的粘性流动进行数值计算,以便精确地预报定常斜航和定常回转情况下的复杂流动现象,如三维流动分离和分离涡,精确地预报操纵运动船舶的水动力;开发出操纵运动船舶粘性水动力计算的CFD程序,并对CFD计算的不确定性和有效性进行分析. 项目拟解决的关键问题主要有四方面,首先是如何生成高质量的计算网格问题;第二是湍流模式的选择与应用问题;第三是如何在计算中计及自由面兴波影响;最后是数值特性分析与计算结果的可视化问题. 2. 项目特色与创新之处 项目属于应用基础研究,其创新之处体现在如下几方面：研究网格拓朴结构、网格-类型与数值结果的依赖关系;复杂几何结构（如船体、附体）分区结构网格生成;湍流模式的选择与应用;三维RANSE的离散求解和粘性数值方法特性分析等. 科技处（余区办）章爱武     

船舶轴系尾轴承动态润滑计算

船舶轴系的尾轴承是圆筒形径向滑动轴承，中小型船舶多采用油润滑的方式．由于船舶动力的非稳定性、船体的振动、尾轴密封装置的密封作用及螺旋桨的不均匀伴流作用，导致尾轴振动，使得尾轴承润滑油膜涡动．文中给出了轴承的润滑方程、油膜扰动刚度和阻尼计算表达式，并进行了轴承的动态润滑特性参数计算。     

破损船体剩余极限强度的评估与分析

考虑船体发生碰撞和搁浅破损后，其剩余有效剖面是非对称的、船体还可能发生不同程度倾斜的实际情况，采用逐步破坏分析方法计算破损船体在不同倾斜情况下的剩余极限强度，避免了已有研究中按直接法计算时，对破损船体仍按正浮时的应力分布假定的问题．计算了多种船型在各种不同的破损情况下破损船体的剩余极限强度，给出了一条实船的计算实例及结果分析．     

船体型值表的自动识别及读取

船体型值表是提供各型线交点值的表格，由于其复杂性，目前在很大程度上还依赖于手工读取．文中对一般船型的型值表进行了自动识别和存储，将二维变三维，所得的结果可直接应用于船舶计算机绘图、静水力计算、水动力计算等所有需要型值表的程序．此方法取代人工读取，极大地提高了效率和精度，可推广应用到其他船型，同时对计算机辅助船舶设计中的数据文件的读取具有借鉴作用．     

基于流固耦合方法的船舶湿模态振动研究

基于ANSYS Workbench仿真平台对船舶的干湿模态进行有限元分析。针对一艘686TEU多用途集装箱船,运用船舶建模软件建立该船三维简化模型,将模型导入仿真平台并进行船体模态特性分析。数值计算结果表明,应用Workbench平台采用流固耦合方法能够计算大型结构的模态,验证了在Workbench中使用流固耦合方法计算船舶振动干湿模态的可行性。