数值模拟现代水面舰船带自由面的湍流绕流场

为了研究带自由面的船舶湍流绕流场,选择了一艘ITTC推荐的公开船模作为模拟对象,数值求解RANS方程。此模型为带声呐导流罩和方形尾封板的复杂水面舰船。采用Ogrid块拓扑算法生成质量较高的纯六面体多块结构化网格,计算中采用RNG k-ε湍流模式和标准壁面函数,并使用VOF算法来捕捉自由面。空间离散采用QUICK格式,压力-速度解耦采用PISO算法。将阻力和波形的数值结果与实验数据相比较,总阻力系数误差约2%,船侧波形、船首自由面吻合良好,显示了CFD方法在船舶水动力学中预测带自由面湍流绕流场的有效性。     

基于大涡模拟的大型水面舰船复杂风场数值模拟

基于大涡模拟LES和雷诺时均N-S方程RANS对不同风舷角下的大型水面舰船风场进行数值模拟,并采用Isherwood经验公式对其风载荷进行计算。将数值模拟结果与经验公式进行对比,验证LES和RANS二者对大型水面舰船风载荷预报的适用性。同时,对比分析基于LES法与RANS法模拟得到的不同风舷角下大型水面舰船的风场特性。研究结果表明：采用数值模拟法能获得合理的数值预报结果,而Isherwood法在部分风舷角下的适应性较差;采用LES法和RANS法得到的表面风压、流线和速度场差异不大,而涡结构差异较大;LES法能较好地捕捉到大尺度漩涡破碎生成小尺度漩涡,而RANS法仅能捕捉到少量长条结构的大尺度漩涡和涡鼓包。     

波浪中气泡运动的数值模拟

通过推板造波方法,应用FLUENT动网格技术(Dynamic Mesh)及UDF(User-defined function)建立数值波浪,从而构建数值水槽。对建立的数值波浪与气泡运动方程耦合求解,分析气泡在波浪中的变形与运动。结果表明,波浪中气泡相对静水中更容易保持稳定的球形,且不易发生聚合。这将为舰船尾流中气泡运动研究提供有价值的参考。     

2个气泡运动的数值模拟

基于VOF模型,借助FLUENT软件,对初始位置不同、大小不同的2个气泡进行了数值模拟,主要研究气泡在上升过程变形、融合、破裂等现象,分析气泡上升过程中的尾迹流,揭示了水平和竖直2个气泡相互吸引、排斥等现象,分析了2个气泡速度场相互影响。研究表明,气泡间距越小,速度场相互影响越大,气泡越容易相互吸引、融合。     

基于真实海洋环境的舰船近程气泡尾流数值模拟

基于欧拉双流体模型和相群平衡模型建立了真实海洋环境下的舰船近程气泡尾流数值模拟方法,对舰船驶过时海洋背景场中生成更大气泡的可能性进行研究,以了解舰船近程尾流中气泡的空间分布特征,为声学和光学探测舰船尾流提供依据。研究表明:舰船航行会显著增加舰船周围自由面的气泡空隙率,使海洋背景场中自由面上的空隙率增加到2倍以上。大气泡主要集中在舰船的表面,体积分率可达85%;自由面上小气泡的数密度最高。原海洋背景场中不存在的大气泡将主要在壁面生成,自由面上也有少部分生成。     

化学药剂产生气泡幕模拟舰船尾流分析

介绍了如何利用化学药剂与水反应生成气泡幕模拟舰船尾流。只有当模拟尾流的声强度和真实舰船尾流的声强度相同或者相近时才有可能成功对抗尾流自导鱼雷,而模拟尾流的声强度和单位体积气泡含量相关。本文从气泡幕单位体积气泡含量和气体含量以及所需化学药剂量三个方面对此方法进行了分析。     

舰船目标RCS水面模拟试验及其应用探讨

舰船目标作为海上运行的武器平台,其电磁散射的最本质特征体现为目标与海面环境一体化的复合散射。在舰船目标雷达波隐身性设计中,需要开展模拟RCS试验来验证方案可行性。针对舰船所处海面环境的特点,采用双射线追踪方法分析了随机粗糙海面对舰船散射回波特性的影响,提出了关于舰船雷达波隐身设计流程的建议,论证并指出在技术设计阶段需要用接近实际环境的方法进行水面环境舰船隐身设计验证,结合数值仿真与本体RCS试验,掌握并控制舰船隐身性指标和强散射"要害点",并从场地开阔性、测试方法等方面提出了舰船目标RCS水面模拟试验的测试要求,从RCS指标设计验证、强散射中心分析、总体多专业协同设计等方面,探讨了模拟试验方法的应用和发展方向。     

水面舰船双层结构水下抗爆特性数值模拟

在充分调研国内外相关文献的基础上,选取当代海战中普遍使用的水下攻击武器以及大型舰船典型双层结构为研究对象,通过非线性有限元程序LS-DYNA,对水面舰船双层结构水下抗爆特性进行数值模拟,分析各层结构在遭受水中兵器接触爆炸时的破坏模式并得出结论：采用所使用的材料模型及网格划分方法所得的结果与经验公式相符,具有良好的工程精度;底部破坏具有明显的网格状,破口受强力构件的限制,沿着强力构件裂开,花瓣状不明显;应力集中区域表现在内外底板间强力构件与内外底板的交接处,特别是龙骨等结构处。在此基础上,从吸能效果的角度计算各层结构的吸能比例,结果显示,在接触爆炸作用下,船底内、外底板间结构是主要的吸能结构,其吸收能量大于内、外底板。     

舰船在波浪中运动时间历程的数值模拟

本文开发了舰船在不规则海浪中航行时舰上部位的线位移、线速度、角位移、角速度、角加速度的运动时间历程的数值仿真计算程序和相应的用户界面。该程序是在原有的船舶运动计算程序的基础上开发的，海浪谱用２参数谱模型，随机波浪则用长峰波和含余扩散函数的短峰波来描述。通过与模型试验数据的考核，所得的运动时间历程是可靠的。该软件可以在舰上子系统的研制和使用时得到应用。     

水面舰船风尾流效应减弱的模拟研究

采用低速气流运动控制方程组和湍流大涡模拟方法,研究了在机库门上方加设一斜板扰流器对正向风条件下水面舰船风尾流的影响,得到了斜板不同倾角下飞行甲板上方及舰船后方的流场结构。加装扰流板将增加飞行甲板上方区域的湍动能,扰流板倾角为30°和60°时,将减小飞行甲板上方区域左右两侧的最大湍动能。加装否扰流板和扰流板倾角大小,对飞行甲板上方显著湍动能出现的时间间隔影响不大。扰流板倾角为60°和30°时,飞行甲板上方区域航向速度与不加装扰流板差异不大;扰流板倾角为0°时,则航向速度明显增加;而扰流板倾角为90°时,则航向速度有所减小。当扰流板倾角为0°时,飞行甲板上方区域垂向速度分布与无扰流板时没有多少不同,当扰流板存在一定倾角时,机库门附近区域的下洗速度较无扰流板时有所下降,倾角为60°时下洗速度下降最明显;扰流板倾角对飞行甲板上方的下洗速度区域大小影响不大。     

某型舰船水下爆炸冲击波载荷作用下结构动态响应数值仿真研究

为了保证舰船安全性,提高舰船生命力,舰船在水下爆炸冲击波载荷作用下动态响应是船舶结构动力学研究的重要课题之一.文中采用数值仿真技术研究了某型水面舰船在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应.分别从结构变形损伤、变形能吸收和冲击环境等几个方面研究了舰船结构在水下爆炸冲击波载荷作用下的响应特性.     

水下爆炸气泡射流作用下固支方板动态响应的数值仿真研究

为研究水下爆炸气泡溃灭发生射流时对结构的影响,借助有限元软件MSC.Dytran对固支方板在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行研究。对底部爆炸和侧面爆炸两种典型情况进行计算,对射流发生时流场情况以及固支方板的响应特点进行分析,认为射流载荷是局部载荷,会引起严重的局部破坏,在近场水下爆炸研究中必须予以重视。     

近水面水下爆炸作用下舰船损伤数值模拟

探讨使用MSC/DYTRAN模拟水下爆炸冲击波,与经验公式进行比较,认为使用该方法模拟近水面水下爆炸冲击波是合理的,使用该方法模拟舰船舭部舱段近水面水下爆炸,拟合了变形和装药沉没深度曲线,变形和爆距曲线,与试验结果基本吻合.     

基于AUTODYN的气泡与固定壁面相互作用数值模拟

阐述了AUTODYN软件模拟水下爆炸气泡的原理及过程,通过球对称模型以及重力场中气泡的实验数据与AUTODYN计算结果的对比,验证其在计算气泡脉动时间和压力等方面的计算精度,并以此为基础研究近壁面水下爆炸气泡的动力学特征以及影响因素,包括无量纲距离对气泡形状的影响,固壁面对气泡最大半径、脉动周期和射流时间的影响,以及近固壁面气泡射流速度及压力的变化等,总结相关规律,为气泡的数值模拟研究提供参考。     

水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因,气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论,建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例,对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析,详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后,将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证,结果吻合良好。算例表明,考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。     

舰船射频场数值仿真与分析

依照某驱逐舰上层建筑尺寸和发射天线布局建模,对两个辐射源同时作用在中部甲板布置武器装备的局部区域进行了射频场仿真。在相同频率、不同频率两种条件下分别仿真得到了指定场点的综合场强分布并进行了验算,与自由空间、仅甲板面存在时场强分布的对照表明：该区域的射频场随着周围金属壁面的增多和空间复杂性的增强趋于恶劣,而辐射源同时工作、频率和功率均不同的情形更有普遍性,采用该文的方法来获得综合辐射场具有一定的可行性和参考价值。     

舰船舷侧防爆结构在内部爆炸作用下破裂的数值模拟

文章通过应用MSC.Dytran中的多欧拉一拉格朗日耦合方法,对反舰武器战斗部进入舷侧防爆结构内部爆炸作用下其变形和破坏的情况进行数值模拟研究.用多欧拉域模拟结构内外空气中爆炸冲击波传播情况.用快速一般耦合方法计算结构和流体的耦合作用.模拟结果显示:在冲击波作用下,防护结构外层舱室变形、失效后破裂,冲击波通过破口流入内层舱室.由于文中考虑了结构破坏与爆炸冲击波的相互作用,使得数值模拟方法和结果更符合实际.通过对爆炸冲击波动能与结构吸能的研究发现,除了结构的直接吸收削弱了冲击波的动能以外,通过破孔和舱壁上预开的孔泻掉的能量相当于结构总吸能的46.7%.因此在舰船舷侧防护结构设计时考虑内舱壁的适当开孔并减小强度是有益和必要的.     

水下爆炸数值模拟联合算法求解结构稳态响应

在研究水下爆炸作用下加筋板架的稳态响应方面,以往的研究主要利用瞬态显式算法,得到的稳态响应结果存在一定的精度缺陷。提出一种改进的水下爆炸数值模拟方法。该方法利用ABAQUS/Explicit Standard算法,针对瞬态显式与稳态隐式静力分析,建立联合数值模拟方法。利用该方法分析某船体加筋板架的“瞬态稳态”响应。结果表明:联合“瞬态显式稳态隐式”算法的仿真结果与试验结果相差在10%以内,说明该方法可用于水下爆炸作用下加筋板架结构的响应分析,且采用联合“显式隐式”算法得到的结果更接近试验值,误差降低了39.8%。     

冲击波和气泡脉动联合作用下加筋板的毁伤仿真研究

运用有限元程序MSC．Dytran对无限水域近场非接触爆炸冲击波和气泡脉动载荷下加筋板的毁伤进行研究,分析两种冲击载荷的不同作用方式、作用位置和毁伤效果。在此基础上分析加筋板结构和气泡脉动的相互影响,距离参数的改变对气泡中心移动方向、射流方向和射流强度的影响。并对Blake准则在弹性结构边界下的使用范围进行探讨。