基于ANSYS的输流管道流固耦合特性分析

应用有限元分析软件ANSYS对输流管道在不同约束条件下进行流固耦合动力学模拟计算和模态分析,得到输流管道在不同约束方式下管壁特征点径向位移、应力与固支点反作用力历程图、固有频率及振型,计算结果对优化管道系统和维护管道系统运行有一定的指导意义。     

输流管道自由振动特性分析系统

传统分析系统能够识别5 Hz以上的振动特性,但对低频率自由振动分析效果不佳,为此提出基于增量谐波平衡法的输流管道自由振动特性分析系统。依据输流管道建设原理,构建输流管道模型,利用增量谐波平衡法,对流体单元以及管道单元,进行受力振动分析,完成分析系统软件设计;根据被测管道的长度、位置等信息选择压电晶片传感器,采用浮点运算器与多模块控制器,完成分析系统硬件设计。实验数据表明,增量谐波平衡法特性分析系统较传统分析系统,提升分析能力44.72%,对输流管道自由振动能够完成全频分析。     

求解任意分支结构动力学问题的传递矩阵方法

介绍了一种求解任意分支结构动力学问题的传递矩阵方法。对于包含任意分支结构的系统首先选择一条主传递路径,然后根据各子分支的影响确定主传递路径上分支点前后状态向量间的传递矩阵,再由主传递路径上其余单元的传递矩阵,按照链式系统传递矩阵方法求解结构动力学问题。与以往的传递矩阵方法求解过程相比,新方法具有变量自由度数少、求解过程简单和推导结果适用范围广等特点,可以求解多种含分支结构的弹性系统的动力学问题。最后用部分算例验证了方法的正确性。     

考虑声固耦合效应的输流管道声振特性分析

[目的]为准确掌握输流管道的声振特性,对其开展数值模拟研究.[方法]首先,基于声固耦合理论建立输流管道数值模型;然后,通过参数化扫描求解管道声振模态的频散曲线,分析弹性壁输流管道内部分别为空气、水和原油时的频散特性以及管道绝对声压应力分布情况,研究管壁厚度、弹性壁和硬声场壁对管道频散特性的影响.[结果]结果显示:管壁厚...     

附加重块和弹簧刚度对垂直悬臂输流管动力学稳定性的影响研究

基于哈密尔顿原理建立考虑附加重块和弹簧的悬臂输流管道动力学理论模型,采用微分求积法求解模型控制方程。分别研究了附加重块的质量、弹簧的刚度、重力参数和附加重块/弹簧与重力参数对管道内流体临界流速的影响。结果表明：附加重块和弹簧对悬臂输流管道系统内流体的临界速度有显著影响;在流体质量比一定范围内,垂直悬臂管道自由端附加重块和弹簧时可以显著提高管道内流体的临界速度。     

基于三次样条插值函数的船体型线积分方法

传统船体型线积分法是梯形积分法和辛浦生法,分别具有1次和3次代数精度。三次样条插值函数可以表达船体型线,在此基础上提出了改进船体型线积分的一种新的方法,这种方法具有9次代数精度。     

基于大涡模拟和Kirchhoff积分方法的孔腔流动发声机理分析

孔腔流动与流激噪声是流声耦合研究领域的重要课题。文章基于大涡模拟方法与Kirchhoff积分,探讨了水中孔腔流动的发声机理。由孔腔流动振荡模态分析可知,在水中较低马赫数情况下,流体共振模态极难存在,故而流体动力振荡是产生孔腔流激噪声的根源,从而揭示了孔腔流激噪声形成的机理。进而又基于Kirchhoff控制面积分与物体壁面积分,辨识了偶极子声源和四极子声源对于流激噪声影响量级以及频谱分布规律,并结合流体动力声源的数学表达、Lighthill应力张量的频谱分析和壁面效应分析,指出了孔腔中涡旋对于流场脉动量声学效应的输运作用是孔腔流激噪声传播的成因,从而揭示了孔腔流激噪声传播的机理。     

基于混合积分方程方法的多舰系统短波天线间隔离度分析

基于多层快速多极子算法的混合积分方程方法,采用在线天线表面建立电场积分方程,在舰船船体表面建立磁场积分方程的求解方法,计算列队式多舰系统短波天线的隔离度参数.研究结果表明,列队式短波收发天线的隔离度曲线的变化趋势相近,隔离度值随频率和舰间距的增加而整体振荡增加,隔离度的变化区间为37～110 dB;舰船上层建筑等金属体的遮挡作用对多舰系统短波天线隔离度的影响起主要作用.     

基于动柔度方法的管路动力吸振器设计研究

  目的  载流管路系统在受到外界激励时会引起振动,为减小载流管路的振动,研究动力吸振器的减振特性,  方法  基于动柔度方法中的被动修改法,推导得出附加弹簧质量系统的多自由度系统的动柔度矩阵,并对该多自由度系统中的目标自由度进行零点配置,使该自由度下的相应振动得到抑制。在此基础上,设计一种管路动力吸振器,并应用到载流管路上进行实验,以验证其减振效果。  结果  结果表明：设计的管路动力吸振器能够较好地吸收目标频率下的振动,且在目标频率相同时,吸振器的调谐质量越大,吸振效果越好。  结论  此管路动力吸振器安装拆卸方便、适用范围广,可为管路减振研究提供一定的参考。     

A new source number estimation method based on the beam eigenvalue

Most source number estimation methods based on the eigenvalues are decomposed by covariance matrix in MUSIC algorithm. To develop the source number estimation method which has lower signal to noise ratio and is suitable to both correlated and uncorrelated impinging signals, a new source number estimation method called beam eigenvalue method (BEM) is proposed in this paper. Through analyzing the space power spectrum and the correlation of the line array, the covariance matrix is constructed in a new way, which is decided by the line array shape when the signal frequency is given. Both of the theory analysis and the simulation results show that the BEM method can estimate the source number for correlated signals and can be more effective at lower signal to noise ratios than the normal source number estimation methods.     

Effects of longitudinal fins on dynamic stability of pipes conveying fluid made of functionally graded material

Dynamic behavior and instability of clamped-clamped pipes conveying fluid with longitudinal fins are studied in this paper. The analysis is done for pipes made of both homogeneous and functionally graded materials (FGM). In the FGM case, the materials of pipe and fins are assumed to be graded through the radial direction based on a power-law distribution. The Hamiltonian principle and Euler-Bernoulli beam assumptions are employed to derive the governing differential equations of the pipe system. Different fin configurations are investigated and the effects of several parameters including power‐law index, fluid velocity, number of fins, thickness and height of the fins are analyzed. Natural frequencies of the pipe and critical flow velocities are determined for various values of parameters. Numerical results show that the stability of the system is significantly affected by the power‐law index and fin dimensions. Among different fin configurations studied in this paper, the addition of non-horizontal fins provides significant improvement in the stability of both homogeneous and FGM pipes conveying fluid and consequently, can be considered as an effective “dynamic stabilizer” for the pipe system. In contrast to non-horizontal fins, the horizontal fins improve the stability of pipes conveying fluid, slightly.     

基于分布质量轴模型的回旋振动计算方法

根据旋转Timoshenko梁的运动微分方程,推导了计算船舶推进轴系回旋振动时分布质量轴模型的传递矩阵。相对于集中质量轴模型,分布质量轴模型可以计入轴分布质量的平动惯量、转动惯量、陀螺力矩以及剪切变形的影响,更加逼近船舶推进轴系回旋运动的实际物理模型,因此能更精确地计算轴系的临界转速和固有振型。在分布质量轴模型的基础上,采用数值稳定性良好的改进Riccati传递矩阵法编制了回旋振动计算程序,并应用于两型船舶的推进轴系计算。将文中方法的计算结果与有限元法以及第三方计算报告进行了比对,结果具有良好的一致性,从而验证了方法的正确性和计算精度。     

基于大变位板桩墙结构实测位移的m值反演分析

针对大变位板桩结构,基于竖向弹性地基梁传递矩阵法,将同一土层的板桩墙进行竖向分段计算,建立了求解m值的不动点法迭代格式。依据长江下游地区3个典型工程中板桩墙水平位移的实测结果,反演得出相应工程场地粉质黏土、粉砂土的m值取值范围。基于反演得到的m值计算的位移与现场实测数据吻合较好,土体m值随深度的增加也相应增大,一定深度后趋于稳定。最后综合研究得出,长江下游类似工程场地的粉质黏土、粉砂土m值取值范围分别为2 700~3 400 kN/m~4和2 000~2 800 kN/m~4。     

基于高雷诺数的并联双圆柱绕流研究

文章采用基于边界瞬时涡量守候的拉格朗日方法(IVCBC),结合并列双圆柱的特点,建立了双圆柱绕流数值计算模型。对高雷诺数下Re=6×10~4,间隙率为T/D=1.1~7的并联圆柱双圆柱二维绕流特性进行了研究。提出了双圆柱间隙中点的速度区别宽窄尾流的新方法。分别讨论了流体力系数随间距增加的特点,脉动流体力的特点,尾流特征以及斯托哈尔数特征。研究发现:区别宽窄尾流的新方法是可靠的;在双圆柱尾流附近有五种尾流模型存在;同时发现了在宽窄尾流的频率,存在一个中间频率。     

基于IVCBC涡方法高雷诺数下串联双圆柱的数值计算模型及其尾流特征研究

针对串联双圆柱的结构特点,利用IVCBC涡方法适合高雷诺数下数值计算的特点,建立了高雷诺数下串联双圆柱绕流的数值计算模型;采用经典算例验证了IVCBC涡方法的收敛性;探索了雷诺数为2.5×104、间隙比分别为1.1,1.25,2,2.5,3,3.25和4的串联双圆柱绕流的尾流特征;清晰地展示了尾流中较小的漩涡的形成、分裂和融合,详细地阐述了串联双圆柱流体特征发生突变的原因;深刻地揭示了串联双圆在高雷诺数下的绕流机理。研究表明:尾流模式与经典的实验尾流模型吻合较好,两圆柱中间的涡对是串联双圆尾流发生突变的主要原因;间隙之间时,间隙上部小漩涡形成、间隙中间流体的振动与下游圆柱表面上涡的脱落是同步的;该流体模式能清晰地展示尾流中较小漩涡,说明与有网格方法比较,该计算模型具有较大的优越性,为进一步研究高雷诺数下串联双圆柱流体力的特征提供了重要的研究工具。     

基于VOF方法的细线列阵稳定器近水面阻力计算

应用流体体积法（Volume of Fluid,VOF）模型跟踪稳定器近水面拖动时的自由液面的变化,利用计算流体动力学软件FLUENT对线列阵稳定器近水面的阻力性能进行数值模拟,分析研究了近水面兴波对其阻力性能的影响。分别计算了在不同水深的静水和有波浪载荷工况下近水面拖动时不同种类的线列阵稳定器的阻力大小,并将数值模拟的结果与水池实验结果进行对比。结果表明,稳定器在近水面无波和有波情况下的阻力大小均比深水域静水的阻力要大,而且在有波情况与相对浸深为0.3时的阻力性能基本相等。     

船载铁磁物体对全船磁场影响的数值预测方法

舰船复杂的结构和多样的铁磁材料使得建立准确的舰船磁场模型十分困难,研究船载铁磁物体对全船磁场的影响规律是建立舰船磁场简化模型的必要前提。基于三维静磁积分法,提出一种船载铁磁物体对全船磁场影响的数值预测方法。首先以圆筒和钢板混合模型为计算实例,模拟计算结果与实验测量值吻合较好,由此说明数值模拟计算的有效性和正确性;其次,设计某型船模的数值计算模型,分析研究内部铁磁设备、垂直舱壁及水平舱壁对全船磁场的影响规律。结果表明,对于低磁材料的舰船,不能忽略船载铁磁物体对全船磁场的影响。所得结论对实际舰船磁场建模工程具有一定指导意义。     

基于面元法的船舶螺旋桨附连水质量与阻尼计算方法研究

在船舶轴系振动或桨轴流固耦合分析中,螺旋桨在流场中所引起的附连水质量与阻尼是很重要的参数。但实际计算中螺旋桨附连水质量常常用螺旋桨自身质量乘以一个经验系数得到,而附加阻尼往往被忽略。针对这些不足,文章利用螺旋桨水动力分析中常使用的面元法,构建了螺旋桨随轴系在水中振动时的附加质量与阻尼数值计算方法。目前求解附加质量的经典方法是基于运动物体引起流体动能变化来求解,但该方法不能求解附加阻尼。文中证明了所提出的方法与经典方法是完全等价的,同时利用该方法还可以求解附加阻尼。最后以球体、椭球体及螺旋桨为对象给出几个算例,并与解析解或其它文献计算结果比较,误差均在合理范围内,表明文中提出的方法的有效性。     

基于几何规划方法的舰炮武器系统性能优化研究

简要介绍了评价舰炮武器系统性能的幂指数法和一种特殊的非线性规划方法--几何规划方法.给出了舰炮武器系统作战能力指数的计算过程.利用幂指数函数的多项式形式和几何规划的简洁求解,提出了一种舰炮武器系统性能的优化方法.结论表明这种方法容易理解、简单有效.