基于反向方法的船体冰载荷研究

船舶碰撞海冰引起的冰载荷分布是十分复杂的。文章选取Thikhonov正则化这一反向方法,根据极地科考补给船S.A Agulhas II号于2013-2014年间南极航行时实测的数据,分析得到了船体艉肩部的冰载荷。通过应用三种独立的冰载荷离散方式来模拟海冰的自然特性,在有限元中得到模型的影响矩阵,并应用Matlab对Thikhonov正则化方程进行了优化。研究结果表明,反向方法可以克服数据处理过程中的不适定性,并计算得到船体冰载荷。     

基于反向方法的船体冰载荷研究（英文）

船舶碰撞海冰引起的冰载荷分布是十分复杂的。文章选取Thikhonov正则化这一反向方法,根据极地科考补给船S.A Agulhas II号于2013-2014年间南极航行时实测的数据,分析得到了船体艉肩部的冰载荷。通过应用三种独立的冰载荷离散方式来模拟海冰的自然特性,在有限元中得到模型的影响矩阵,并应用Matlab对Thikhonov正则化方程进行了优化。研究结果表明,反向方法可以克服数据处理过程中的不适定性,并计算得到船体冰载荷。     

一种高效的舰船磁性定位方法

为有效解决现有磁性定位方法定位精度不高的问题,提出了基于磁偶极子阵列模型的磁定位方法.为求解模型参数,根据磁场测量数据建立了定位参数反演模型.针对实际舰船磁性检测中所得磁场信息的局部性而引起反演模型病态不适定问题,应用Tikhonov正则化方法优化求解模型参数.船模实验证明,该方法对船模进行定位计算,定位精度高,结果稳...     

拖缆水动力学的正问题与反问题研究

基于不可压缩流体中受到水动力曳力作用下的不可伸长的挠性缆索的二维运动模型,研究了在海洋地震勘探中重构与流线型拖缆冲击的海流速度的问题。首先介绍了正问题模型,并在已知拖船运动和水动力载荷的条件下对拖缆的速度、曲率和张力进行了求解。然后,通过离散缆索形状和张力的样本值,提出了推断到海流速度的反问题,并发现这个反问题是缺秩和不适定的。在鲁棒离散噪声信号的背景下,解决逆问题数值稳定问题,采用了基于广义Tikhonov正则化算法。为了验证该方案的实用性,给出了一些用模拟噪声数据重建海流的例子。     

非线性双曲线固结方程的精细积分解法

为解决传统有限差分法在求解固结方程时关于时间步长选取对解的稳定性和收敛性影响问题,针对固结系数不为常数的一维非线性双曲线固结方程求解,提出一种采用精细积分法进行时间离散的数值解法。详细推导该方法的具体求解过程,并结合工程实例,将精细积分解法与传统有限差分解法进行对比。结果表明,精细积分解法不受时间步长取值大小的限制,具有良好的计算精度和数值稳定性。     

基于无奇异边界元法模拟三维全非线性液舱晃荡

文章基于全非线性势流理论对三维液舱晃荡进行了数值模拟,其控制方程由无奇异边界积分方程法(Desingular-ized Boundary Integral Equation Method,DBIEM)进行离散求解,在求解全非线性的自由面微分方程时,文中采用混合欧拉—拉格朗日法(Mixed Eulerian-Lagrangian,MEL)和四阶Adams-Bashforth-Moulton(ABM4)预报—修正方法,为了避免结果发散即增强数值稳定性,文中采用B样条法来光顺自由面.在微幅水平激励下,该文中得到的结果与解析解吻合较好.     

双材料中矩形裂纹问题的超奇异积分方程方法

使用超奇异积分方程方法,对双材料空间中垂直于界面的矩形裂纹Ⅰ型问题进行了研究.首先根据双材料空间的弹性力学基本解,使用边界积分方程方法,在有限部积分的意义下导出了以裂纹面位移间断为未知函数的超奇异积分方程.根据裂纹面上位移函数的分布特性,通过将位移间断函数表示为特征函数和一组多项式乘积的形式,为其建立了数值方法.数值结果表明,该方法不仅具有较好的收敛性和较高的数值计算精度,而且能够精确满足裂纹面上的边界条件.在此基础上,对不同材料组合界面对裂纹前沿应力强度因子的影响进行了分析,取得了较好的数值结果.     

舰船消磁线圈的电感计算

舰船消磁线圈的电感是工程中一个重要参数,准确计算其数值对于合理设计消磁线圈以及外围电路具有重要意义.相关文献提供的电感计算公式仅针对常规形状线圈,不适用于异型消磁线圈;有限元方法虽然精度高,但在计算大尺寸空心线圈时空间离散量过于庞大,导致普通微机无法实现.本文基于Biot-Savart原理,将舰船消磁线圈区域进行离散化处理,提出其电感的数值计算方法.该方法为舰船消磁线圈电感计算提供了新思路,且方便转化为计算机程序,并可推广到其他异型线圈的电感计算.     

基于动力效应的船体远场冰载荷测量与识别

[目的]提出一种基于动力效应的冰载荷反演识别方法。[方法]针对船-冰相互作用过程和结构响应特性之间的卷积关系,使用格林函数建立描述冰载荷的卷积积分方程。针对"天恩"号极地运输船的北极航行,安装应变传感器测量船艏区域的冰激响应。对于求解矩阵的病态性与测量中的随机噪声,引入正则化方法解决识别计算中的不适定问题,并获取动冰载荷时程的数值近似稳定解。依托"天恩"号极地运输船的北极航行实测数据,通过船体在海冰作用下的应变响应对冰载荷进行反演识别。[结果]结果表明,格林函数能够有效识别远场冰载荷的时间历程。[结论]载荷识别的有效性受应变信号强度的影响较为明显。此外,在不同海冰破坏模式下,浮冰尺寸和船-冰接触面积是影响冰载荷特征的关键因素。     

船舶操纵运动预报计算及三维仿真

以MMG操纵性数学模型[1] 为基础 ,严格导出该模型的无因次化方程组。以WindowsNT为平台 ,采用OpenGL作为图形处理和三维仿真的技术基础 ,选择 4阶定步长Runge Kutta法作为求解方程的数值计算方法 ,积分求解该数学模型 ,获得描绘船舶操纵运动诸参数在时域内的解。考虑到程序的开放性以及后期进一步的扩充和完善 ,预留了接口 ,可以方便地加入其它诸如船舶耐波性等数学模型 ,为全面仿真船舶运动打下基础     

基于多次透射公式和无奇异边界元法模拟全非线性数值波浪水池

文章基于势流理论对全非线性的三维数值水池进行了模拟,其控制方程由无奇异边界积分方程法(Desingularized Boundary Integral Equation Method,DBIEM)进行离散求解,在求解全非线性的自由面微分方程时,文中采用混合欧拉—拉格朗日法(Mixed Eulerian-Lagrangian,MEL)和四阶Adams-Bashforth-Moulton(ABM4)预报—修正方法,为了避免结果发散即增强数值稳定性,文中采用B样条法来光顺波面.同时,在远方辐射控制面上采用多次透射公式方法(Multi-transmitting Formula,MTF)来进行消波,文中得到的结果与理论解进行了比较,结果表明该方法可用来有效模拟全非线性的数值波浪水池.     

基于无奇异边界元法模拟三维全非线性液舱晃荡（英文）

文章基于全非线性势流理论对三维液舱晃荡进行了数值模拟,其控制方程由无奇异边界积分方程法(Desingularized Boundary Integral Equation Method,DBIEM)进行离散求解,在求解全非线性的自由面微分方程时,文中采用混合欧拉—拉格朗日法(Mixed Eulerian-Lagrangian,MEL)和四阶Adams-Bashforth-Moulton(ABM4)预报—修正方法,为了避免结果发散即增强数值稳定性,文中采用B样条法来光顺自由面。在微幅水平激励下,该文中得到的结果与解析解吻合较好。     

舰船消磁线圈的电感计算

舰船消磁线圈的电感是工程中一个重要参数,准确计算其数值对于合理设计消磁线圈以及外围电路具有重要意义。相关文献提供的电感计算公式仅针对常规形状线圈,不适用于异型消磁线圈;有限元方法虽然精度高,但在计算大尺寸空心线圈时空间离散量过于庞大,导致普通微机无法实现。本文基于Biot-Savart原理,将舰船消磁线圈区域进行离散化处理,提出其电感的数值计算方法。该方法为舰船消磁线圈电感计算提供了新思路,且方便转化为计算机程序,并可推广到其他异型线圈的电感计算。     

基于多次透射公式和无奇异边界元法模拟全非线性数值波浪水池（英文）

文章基于势流理论对全非线性的三维数值水池进行了模拟,其控制方程由无奇异边界积分方程法(Desingularized Boundary Integral Equation Method,DBIEM)进行离散求解,在求解全非线性的自由面微分方程时,文中采用混合欧拉—拉格朗日法(Mixed Eulerian-Lagrangian,MEL)和四阶Adams-Bashforth-Moulton(ABM4)预报—修正方法,为了避免结果发散即增强数值稳定性,文中采用B样条法来光顺波面。同时,在远方辐射控制面上采用多次透射公式方法(Multitransmitting Formula,MTF)来进行消波,文中得到的结果与理论解进行了比较,结果表明该方法可用来有效模拟全非线性的数值波浪水池。     

基于高频连分式与有限元法的水下结构瞬态分析方法

本文针对水下结构与无限声学水域的流固耦合问题,建立了基于比例边界有限元法(SBFEM)连分式和有限元法(FEM)的瞬态分析方法。该方法分别采用SBFEM高频连分式和FEM方程模拟无限水域和水下结构等有限域。基于其耦合项,建立了连分式与FEM耦合公式。通过数值算例,讨论了连分式阶数对计算精度的影响,比较了连分式法和SBFEM卷积积分的计算效率。数值结果表明高频连分式可准确模拟无限水域的高频特性,并随着连分式阶数的增多,可合理模拟无限水域低频特性。该方法继承SBFEM的精度高、离散单元少等特点,又避免了其卷积积分,提升了计算效率,为水下结构瞬态响应分析提供了一种高效方法。     

一种基于共轭梯度法的动态载荷识别方法

在载荷识别过程中,由于噪声和结构矩阵病态的问题,对测量的响应数据有影响.本文运用共轭梯度法最优化方法,来解决多源动态载荷识别中的不适定问题.将该方法应用在加筋板模型和平面桁架结构上进行数值仿真,仿真算例结果表明所提出的载荷识别方法在测量位移响应数据含有5％的噪声水平下,有效地得到稳定近似解,实现了载荷识别.该方法抗噪能力强,有效解决反问题的不适定性.     

用一种全非线性Boussinesq方程模拟斜坡上的波浪破碎和爬高

基于一种新的二阶全非线性Boussinesq方程,采用预测-校正格式的有限差分法对该方程进行离散,建立了数值模型.模型中通过“狭槽法“来处理波浪在岸线处的动边界条件,采用涡粘模型来模拟波浪破碎引起的能量耗散.为了验证数值模型的适用性,模拟了斜坡地形上的波浪破碎和爬高.从数值结果和试验结果的比较上看,该模型可以很好地模拟近岸波浪场的实际问题.     

精细积分法在船舶桅杆涡激共振计算中的应用

遵循钟万勰等发展的精细时程积分方法的基本思想,对船舶桅杆结构涡激振动响应的精细积分迭代公式进行推导,建立了外激励简化为四次多项式时的精细积分递推公式,并对两种不同表达形式的外激励简化系数进行了对比分析.应用几种数值方法对某成品油轮桅杆结构的涡激振动响应进行了数值计算.讨论了不同数值方法的计算精度及计算稳定性,绘制出桅杆结构的速度时程响应曲线和位移时程响应曲线.计算结果与实测值对比表明,外激励拓展到四次多项式时的精细积分算法与传统离散积分方法Newmark-β法和精细积分线性算法相比,具有良好的适用性,计算精度更高,计算稳定性更好.     

一种有限体积悬沙输运模型在苏北辐射沙脊群海域的应用

悬沙输运是近岸水域地形演变的重要因素之一,南黄海辐射沙脊群海域悬沙在波浪和潮流的共同作用下有着巨量的输运。文章构建了基于无结构三角形网格的Roe-MUSCL有限体积悬沙输运数值模型,其中心思想是使悬沙浓度求解过程同步且具有高分辨率。基于无结构三角形网格,将每一个独立的三角形单元作为控制个体,分别在各三角形单元上对控制方程进行Gauss线积分离散,采用二阶MUSCL重构格式和Roe型数值通量形式对控制方程进行空间离散,采用一阶向前差分格式的时间离散方法,通过对扩散项的平衡处理,建立了能够适应复杂地形和水动力条件下的高分辨二维有限体积悬沙输运数学模型,并根据当地海域的悬沙浓度实测资料进行数值验证。     

波浪中远洋船舶耦合运动的数值模拟

利用基于FLAC3D和基于UDEC的2种传统方法对船舶耦合运动进行数值模拟,结果准确性较低。针对上述问题,提出一种新的基于CFD的远洋船舶耦合运动数值模拟研究方法。首先给出船舶耦合运动的假定条件,然后建立反映问题本质的数学模型,接着利用有限体积法对该方程进行离散,最后利用有限差分法对离散后的方程进行求解,完成船舶耦合运动数值模拟。结果表明:与基于FLAC3D和基于UDEC的2种传统方法相比,利用本研究方法对船舶耦合运动进行数值模拟,模拟结果准确性提高6.3%和14.5%,达到了研究目的。