超小型水下机器人通过狭窄隧道的水动力性能

采用动网格与滑移网格结合技术,以计算流体力学方法对超小型水下机器人通过狭窄隧道进行探测作业时的水动力性能变化进行数值模拟.计算结果表明:超小型水下机器人通过隧道时,狭窄的隧道使水下机器人周围的流场空间受限,会对其导管螺旋桨产生的推力造成十分显著的影响.刚进入隧道时,导管螺旋桨产生的推力会产生一个剧烈的波动,由于在隧道中,空间狭小,使得螺旋桨前方的伴流显著减小,其推力数值会变小.     

水下潜器不同转艏方式下导管螺旋桨水动力特性

采用计算流体力学的方法计算了水下潜器主体在正弦和线性两种转艏方式下导管螺旋桨水动力性能,计算结果表明:当水下潜器主体从不同的方向摆动至同一位置时,导管螺旋桨进速、轴向速度和轴向诱导速度都不一样,逆时针方向转艏时大于顺时针方向;水下潜器按正弦转艏时,导管螺旋桨盘后轴向速度以及轴向诱导速度均大于按线性转艏的情况;潜器主体正弦摆动时,导管螺旋桨的推力大于线性摆动时,且均小于固定情况.     

回转体尾部形状对导管螺旋桨的水动力性能影响分析

不同的水下航行器尾部线型的差异不仅会表现出自身不同的水动力性能,而且由于尾部线型的不同,也会引起尾部螺旋桨附近的流场发生变化,进而影响螺旋桨的推力性能.本文以尾部安装了导管螺旋桨的Myring型回转体水下航行器组合模型为分析对象,以计算流体力学为手段,通过调整回转体线形的控制参数尾部离去角来改变尾部外形,计算了不同航速下,4个不同尾部外形的回转体阻力与设置在回转体尾部的导管螺旋桨推力状态的变化,分析了尾部曲线形状对于导管螺旋桨推力性能的影响,并结合回转体自身的水动力性能变化,针对不同航速下的回转体尾部线型的选取提出了优选方案.     

导管对螺旋桨水动力性能的影响

以面元法为数值计算方法,采用双曲面元以消除面元间的缝隙.分别计算螺旋桨和导管,二者之间的影响通过迭代方法加以考虑.螺旋桨对导管的诱导速度在导管表面周向平均,导管对螺旋桨的诱导速度在螺旋桨盘面处周向平均,从而使导管周围和螺旋桨周围的非定常流动简化为定常流动.应用该方法编制了程序,计算了导管桨的水动力性能,进一步研究了导管的大小、形状、位置等因素对螺旋桨的水动力性能、表面压力分布、叶片环量分布等的影响.     

CFD技术在螺旋桨敞水性能预报中的应用

阐述了螺旋桨粘性流场中敞水性能预报的步骤和方法.包括螺旋桨二维型值转为三维型值的计算方法、螺旋桨三维建模中的注意事项、计算域的选取、网格划分方法、边界条件设置方法等.以某定距桨为例,通过分块划分混合型网格,采用CFX软件预报了桨的敞水特性,计算值与试验值比较,能够取得较高的计算精度,基本满足工程使用的需要,从而验证了该方法的可行性和适用性.     

非均匀流场中螺旋桨水动力及噪声特性预报研究

根据螺旋桨的型值参数,在Fluent前处理器ICEM中建立流场的网格模型,采用计算流体力学（CFD）理论,结合雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程计算了螺旋桨的水动力特性.利用滑移网格技术对非均匀来流下的螺旋桨的水动力进行大涡模拟计算,并结合FW-H噪声模块对螺旋桨的无空泡噪声进行了数值预报.流场预报结果显示,流场的非均匀性导致螺旋桨水动力系数的脉动存在一定的周期性,且整个螺旋桨的水动力系数与单个桨叶之间存在一定的倍数关系;声场结果表明,低频离散噪声远大于高频噪声,噪声衰减速度随频率增大而减小,螺旋桨轴向和径向衰减速度随着距桨盘面中心的距离增大而减小,且轴向声压级低于径向两侧.     

基于滑移网格法桨——舵相互干扰流场分析

采用CFD方法,利用滑移网格法,以JDC4-55可调螺距螺旋桨与非对称舵为考核算例,模拟桨—舵相互干扰引起的三维非定常湍流,通过改变舵角来得到相应的流场,分析在同一进速系数下流场变化规律,从模拟的结果来看,该方法能较好地展示桨舵干扰的粘性流场。     

CFD在船舶两种不同推进器中的应用研究

根据船舶螺旋桨和喷水推进器工作的特点,界定了两者数值计算流场控制体的范围.运用结构化与非结构化网格相结合的方法对流场计算区域进行网格划分.通过求解雷诺时均的控制方程,预报了2种推进器的外特性,分析了2种推进器流场的特点,比对了预报结果和试验数据间的吻合程度.比较了CFD在2种推进器上应用的不同点,说明了CFD在螺旋桨和喷水推进上应用的可行性与优缺点.     

基于空间网格法的某地道箱体设计与计算

以呼和浩特市万通路(东客站西路)地下通道及管网为工程背景,采用“空间网格法”对地道箱体进行网格划分,利用Midas Civil有限元软件建立地道箱体结构的空间网格有限元模型,并通过Ansys中的20节点实体单元（solid186单元）验证空间网格有限元模型的刚度、应力以及内力模拟的正确性。之后根据工程中实际的荷载、边界条件以及施工阶段对所建立的有限元模型进行模拟、计算和配筋设计。结果表明：采用Midas Civil对地道箱体结构进行空间网格法建模具有计算速度快、刚度模拟准、便于加载和配筋设计等优点。     

时速600 km磁浮列车驶入隧道时初始压缩波特征的数值模拟

为分析高速磁浮列车驶入隧道时产生的初始压缩波特征, 采用三维可压缩非定常流动的N-S方程和SST κ-ω湍流模型, 基于重叠网格法和有限体积法, 以国内正在研发的时速600 km高速磁浮列车头型为研究对象, 建立了高速磁浮列车驶入隧道的计算模型, 通过分析距隧道进口端内不同距离横截面上不同测点的压力及压力变化率, 得到了车头驶入隧道洞口初始压缩波的空间分布特性和传播特性, 以及不同速度对初始压缩波波动幅值的影响。研究结果表明: 初始压缩波在列车驶入隧道前开始形成, 形成初期具有三维特性, 在隧道截面同一高度上, 靠近车体一侧的初始压缩波压力要比远离车体一侧大; 在隧道截面同一侧, 靠近车体一侧高度越低, 初始压缩波压力越大, 而远离车体一侧初始压缩波压力与高度无关; 当列车驶入隧道一定距离后, 在列车头部前方约36 m处隧道内同一断面处压力相同, 初始压缩波由三维波变成一维平面波; 在列车流线型头部驶入隧道约0.15 m时, 位于隧道300 m测点处的初始压缩波的压力变化率达到最大值; 列车速度越高, 初始压缩波压力峰值越大, 位于隧道100 m处测点的初始压缩波的压力峰值与列车速度的2.5次方近似成正比, 压力变化率峰值与速度的3次方近似成正比。      

基于MATLAB的舰船航速性分析立体图解法

一个既定螺旋桨水动力特性数学模型是运行参数的二元函数,可由三维坐标图来表示.立体图解法就是应用MATLAB,以航速、转速和推力(转矩或功率)为坐标轴分别作出螺旋桨水动力特性、原动机外特性的函数立体图,并进行组合和裁剪,为船-机-桨工况配合特性分析提供可视化平台,立体图解法具有众多突出优点,且扩展应用范围广.     

基于单片机的皮革面积模糊加权测量法

提出一种用于网格法测量皮革面积的模糊加权处理方法，对被测皮革划分的单元小格引入隶属度的概念，以提高面积测量的精度，并在单片机皮革面积测量仪中实现了模糊加权测量的方案。     

流固耦合作用对螺旋桨强度影响的数值计算

为研究流固耦合作用对船舶螺旋桨强度的影响,并分析采用不同流固耦合方法所得计算结果的差异,结合实际工程,使用CFX对某船螺旋桨在特定工况进行CFD计算,并在ANSYS WORKBENCH中分别运用单向流固耦合和双向流固耦合方法对螺旋桨静应力及总变形量进行计算分析和比较,给出螺旋桨表面压力分布图,以及等效应力和总变形量随螺旋桨桨叶半径变化的关系曲线,并将二者计算结果进行对比.结果表明,采用不同流固耦合方法所得应力应变分布基本一致,最大等效应力出现在桨叶随边靠近桨毂处,叶梢位置变形最大.两种方法中采用双向流固耦合方法所得等效应力和总变形量峰值较大,且随着进速系数的增大,二者计算结果差距逐渐明显.     

基于滑坡推力法的边坡稳定性计算

通过宜宾地区某工程滑坡,在介绍滑坡推力法原理的基础上,利用该方法对滑坡进行稳定性分析,计算3种工况下的安全系数,并对滑坡力学参数进行反演分析,为滑坡治理方案制定提供依据。工程实例表明,利用滑坡推力法进行滑坡治理设计方便。     

浅谈斜拉桥索力识别的精度及误差分析的方法

为了提高斜拉桥索力识别的精度,以及工程应用中索力的精度问题,首先采用三种计算方法来测量索力,并分析和对比这三种方法计算的结果;其次,考虑抗弯刚度及约束条件对振动公式的影响,识别频谱的分辨率、采样时间、采样点数量的不同影响;运用有限元数值模拟和误差分析的方法来进行分析对比,最后,将计算索力的基频法、频率差分法和峰值法应用于工程项目,对比分析这几种方法的计算精度和误差值.通过分析发现了每种因素对索力识别精度的影响,并准确确定了索力识别的振动公式,同时为高精密的测量提供了有效的科学依据.     

潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算

采用计算流体力学与声学边界元方法相结合求解了潜艇尾部大侧斜螺旋桨的直接辐射噪声.与一般螺旋桨噪声计算不同的是,螺旋桨非定常计算时引入了潜艇尾部桨盘面的速度分布作为非均匀来流,能够提供更加真实的螺旋桨脉动压力源场.提取桨叶表面的声偶极源项后,采用边界元方法,求解FW-H方程,得到了螺旋桨空间测点的声压谱和总声级.桨盘面速度分布由全附体潜艇粘性流场数值计算得到,其可信性由艇体表面的压力系数与试验值的比较给予了验证.螺旋桨数值模型的可信性由敞水特性预报值与试验值的比较进行了验证.     

基于多重网格技术的船用齿轮弹流润滑特性研究

以船舶齿轮为对象,研究了其接触与润滑特性问题.应用MATLAB软件采用数值计算方法计算与分析了一个啮合周期中啮合线上的综合曲率半径、载荷与Hertz接触应力的变化情况.采用多重网格算法计算了啮入点、节点与啮出点的稳态线接触弹流动力润滑参数,得出了压力与膜厚的分布情况及变化趋势.研究结果表明：在整个啮合过程中,齿副由双齿啮合区突变到单齿啮合区时瞬间接触压力最大,齿副在啮入区开始与啮出区结束处的油膜压力相对较小;齿轮啮合线上,在齿副啮出口处润滑油膜都存在明显的第二压力峰值.     

重载列车动能闯坡计算方法及应用

为了研究重载列车动能闯坡性能,基于列车纵向动力学理论,充分考虑线路的平纵断面因素,建立了列车多质点分析模型.以列车坡顶速度不得小于机车的计算速度为评判准则,提出了列车动能闯坡的最低速度计算方法.针对重载列车扩编后遇到的动能闯坡实际工程问题,以某运煤专线计划增开万吨重载列车为例进行了动能闯坡最低速度的计算,计算结果表明:最低闯坡速度为72.80 km/h,坡顶最低速度为51.62 km/h,机车的计算速度为51.50 km/h,二者仅相差0.23%,说明该方法具有较高的计算精度.      

舰船电力推进系统的矢量控制及其仿真

针对舰船电力推进系统的螺旋桨特性,采用矢量控制方法对舰船推进电机进行调节,给出异步电机矢量控制框图,在空间矢量脉宽调制环节引入等效调制函数以简化控制环节并提高控制效率,分析并给定舰船推进电机的螺旋桨特性曲线.利用PSCAD/EMTDC对实际系统进行仿真,计算了不同工况下电机起动和调速时系统的暂态稳定状况,并结合试验进行验证,结果表明两者变化规律相吻合,证明仿真模型的正确性和所选方法的可行性.     

粘性土中大直径钻孔灌注桩单桩沉降分析

根据大直径钻孔灌注桩在桥梁工程中应用研究,以及试桩静载荷试验和桩身应力测试结果,在单桩沉降分析计算理论系统分析的基础上,采用了杆系结构有限单元法与荷载传迭代法耦合的混合法.采用Fortran语言,编制了计算程序SPSA1.单桩沉降分析计算中,采用三直线模型考虑了桩身与桩周边界上的剪切滑移非线性;并改进了有限单元法中初应力迭代技术,以考虑荷载传递关系的软化特征.同时,就桩身材料非线性,对单桩沉降分析计算的影响进行了讨论.笔者的方法和成果,可以作为今后大直径钻孔灌注桩研究和相关规范修订时参考.