绞吸式挖泥船绞刀切岩数值模拟

针对挖泥船绞刀挖岩过程中绞刀切削力难以预测的问题,应用离散单元法建立了模拟绞刀切岩过程的模型。通过虚拟巴西劈裂试验和单轴压缩试验对岩石重要参数进行标定后,建立了软岩的bonding模型,结合Solidworks建立的绞刀三维模型进行切岩模拟。在绞刀切岩的离散元仿真中,得到绞刀挖岩过程中的切削受力,并研究绞刀在不同工况下对绞刀切削受力的影响。结果显示,切削形貌及绞刀受力与现实基本相符,这些结果可为新型挖泥船绞刀设计提供参考。     

基于CFD技术的5000 kW挖岩绞刀内部流动分析

绞刀的吸入性能极大影响疏浚工程的施工效率,研究绞刀内的流动特性对提高绞刀吸入性能意义重大。采用雷诺时均纳维斯托克斯(RANS)湍流模型的计算流体动力学(CFD)方法,对绞刀刀臂处是否带有沟槽设计的2种结构形式绞刀内部流动进行数值模拟,对2款绞刀内部的流动特性进行对比分析,验证沟槽设计的合理性及优越性,为5 000 k W挖岩绞刀的优化设计提供技术支持。     

挖岩绞刀的岩石切削试验及数值模拟

绞刀是绞吸挖泥船的核心部件,通过现场试验研究绞刀挖掘性能的代价巨大。针对在实船试验中难以遇到合适土质的问题,提出在实验室进行挖掘试验和数值模拟表征绞刀挖掘性能的方法。制作2 000 kW功率绞刀的缩比模型和不同单轴抗压强度的岩石模型,在实验室进行不同切削厚度、步进距离等参数的绞刀切削岩石的模型试验,建立1：1尺寸的绞刀数值模型和岩石模型,采用单元删除法模拟2 000 kW绞刀切削岩石的过程,分别模拟产量为240和500 m³/h的切削过程,并分析绞刀切削功率和横移拉力。结果表明,挖掘产量240 m³/h时的最大功率为1 884 kW、平均功率为1 088 kW,满足设计要求。     

基于三维切削理论的绞刀载荷分析*

绞吸挖泥船在作业过程中,绞刀载荷对施工影响显著。由于刀具作用于岩石和土壤的过程是三维的,针对传统的二维切削理论在绞刀载荷分析上的不足,研究了适用于绞刀的三维切削理论。研究二维切削情况下绞刀齿和被切削岩土块的力学平衡方程,提出了用于绞刀载荷分析的力学模型。在绞刀齿的三维坐标矩阵的基础上,进行载荷的坐标变换,给出绞刀的横移载荷、对地载荷和顶推载荷的表达方式。实例计算表明,所提出的绞刀的力学模型可以用于绞刀载荷的计算和分析,对于绞刀的设计和绞吸挖泥船的安全施工具有一定的指导价值。     

大型绞吸挖泥船挖岩绞刀切削数值模拟

针对绞刀切削岩石的特点,建立了考虑步进距离和切层厚度的绞刀受力模型,然后分别建立5 000 kW绞刀物理模型和有限元模型。分析了在反刀切削岩石时绞刀的受力情况,绞刀在最大功率时的应力和变形。计算表明,5 000 kW绞刀在设计工况下,最大变形为1.84 mm,最大应力为140.5 MPa,分别满足刚度要求和强度要求,验证了绞刀设计的合理性。     

挖泥船绞刀的三维建模方法

分析绞吸式挖泥船绞刀的结构及工作原理,介绍在Pro／E环境下生成三维模型中的内外轮廓线方法,缩短绞刀设计周期,为后续分析绞刀切削性能提供方便。     

基于Pro/E的绞刀三维造型

根据挖泥船绞刀结构特点,利用Pro／E中加厚、变截面扫描等丰富的造型功能实现了绞刀三维造型,为后续的刚度、强度分析、流场计算、NC加工等做了很好的铺垫。     

挖泥船绞刀参数化三维建模

绞刀是绞吸式挖泥船的关键机具,对提高挖掘功效具有决定性作用。根据现有土壤切削理论和疏浚施工实践,分别建立了绞刀结构形状与不同类型土质的关系,绞刀切削动力特性与土质特性关系的数学模型,以及各种绞刀刀齿模型库。在VB语言环境下对三维建模软件SolidWorks进行二次开发,实现了绞刀参数化三维建模。设计者输入土质、产量或功率等参数即可得到相应的三维绞刀。这种参数化三维建模的方法使用简便、立体感强,既缩短了设计周期,又提高了设计的精度,更便于绞刀的应力分析和优化设计。     

疏浚绞刀切削土壤的数值模拟

基于有限元FEM法研究绞刀切削土壤过程。参数化建立绞刀模型,对绞刀进行模态分析,分析不同阶数下的固有频率及振幅,为绞刀加工提供依据;采用LS-DYNA模拟绞刀切削土壤的过程,选取MAT147为土壤材料模型,研究不同时刻的土壤切削形态,将得到的切削阻力与理论结果对比,验证数值模拟的可靠性。     

挖泥船绞刀二维清水流场数值模拟

基于时均N-S方程对绞刀内部及周边流场进行二维数值模拟分析,采用标准k-ε湍流模型与多参考系模型对绞刀进行动静耦合的定常数值计算,获得不同绞刀转速与泵吸流量组合时的流场状态。以定常湍流计算作为初始条件应用RNG k-ε模型和滑移网格技术进行了绞刀流场的非定常数值计算,得到了流场参数随时间变化及动静区域间的影响与干涉。研究成果有助于初步认识绞刀内部及周边流场,可供绞刀设计及挖泥船施工参考。     

基于CFD与三因次法结合的低速多用途船的阻力预报

为了实现对低速多用途船舶的阻力性能进行准确预报,提出将基于CFD的数值模拟与三因次法相结合的总阻力预报方法,采用Solidworks三维软件对某低速多用途船进行三维建模,依据Gambit软件对模型进行流域划分和网格划分,应用CFD理论选取合理的湍流模型和求解方法进行数值模拟计算,得到对应航速下船模的总阻力值系数,根据普鲁哈斯卡假设和三因次方法,利用最小二乘法拟合形状系数,进而计算出实船的总阻力,并且分析数值模拟的速度云图.最后与传统阻力估算方法-艾亚法进行比较,说明本文采用的阻力计算方法是可行性,给今后低速多用途肥大型船的阻力研究提供借鉴.     

基于ALE有限元法二维液体晃荡的数值模拟

随着各类液货船的不断增加,晃荡现象在船舶与海洋工程领域引起了广泛的关注.文章从不可压粘性流体的N-S方程组出发,运用任意拉格朗日(ALE)有限元法对水平激励下的二维液体晃荡现象进行了数值模拟.首先通过计算值与解析解的比较,验证了数值方法的有效性,进而分析了激励振幅、激励频率对晃荡现象的影响,最后计算了作用于壁面上的力和力矩.     

基于扩展多面体的离散单元法及其作用于圆桩的冰载荷计算

  目的  内聚区长度是处于破坏边缘的内聚力单元长度与其连接的其他内聚力单元长度之和,决定了网格的最大尺寸。精确估算内聚区长度并合理划分网格是影响计算精度的重要因素。  方法  为此,基于J积分的部分假设和已有的研究成果,在原有的内聚区长度计算公式中增加关于长厚比的修正函数,然后将修正后的内聚区长度计算公式应用于冰力学模型,再基于有限元法建立双悬臂梁数值模型进行模拟,并与试验结果进行对比,以验证修正后内聚区长度计算公式的精确性。   结果  研究表明,在一个内聚区长度内至少存在4个内聚力单元才能较精确地描述断裂过程。相关结果应用于三点弯曲试验模型模拟的结果显示,断裂点的极限载荷误差为2.9%且在合理范围内。   结论  修正后的内聚区长度公式更适用于冰材料。     

基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型仿真

舰船轴频电场的频率为1 ～7 Hz之间,频谱具有明显的线谱特性,是舰船重要的特征信号.目前主要通过时谐电偶极子模型计算舰船的轴频电场分布.本文针对时谐电偶极子模型信号源失真的问题,利用有限元方法具有适应复杂结构、精度高的优点,以舰船的防腐蚀电流为依据,建立基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型,并对模拟源模型的计算结果进行分析.结果表明:模拟源模型能计算出时谐电偶极子模型忽略掉的垂直于舰船的电场分量,提高了舰船轴频电场计算的精度;同时模拟源模型能够更准确的计算出舰船的近区轴频电场,特别是为水下兵器的电引信设计提供理论指导.     

基于有限元法的螺旋式环保机具仿真研究

相对常规清淤工程,生态清淤施工有挖泥精度高、减少底泥扰动、高挖掘浓度等要求。针对这一生产需求,研发出一款螺旋式环保机具。该机具挖掘的泥浆浓度理论上大于60%,满足施工要求。根据设计要求,机具关键结构的强度和刚度应满足所有作业工况需求,但无法通过数学计算直接进行验算。利用有限元法分析复杂结构,采用整体建模方法构建机具仿真模型,并采用枚举法分析各作用力,模拟不同工况下的应力和形变,评估机具的强度和刚度。研究表明,机具各结构强度和刚度均满足作业需求;同时发现,深度缸和调向缸的上、下铰点存在位移差,螺旋刀组轴远、近马达侧的变形量也不同;最后提出可通过设计万向节来实现液压缸变形补偿,以防出现液压缸结构损坏。     

锥体海洋平台结构冰荷载的离散单元分析

在冰区油气开发中,锥体结构可以有效降低冰力,避免强烈的冰激振动,是目前渤海油气平台的主要结构形式。为研究海冰与锥体结构的相互作用过程,文章建立了适用于模拟海冰破碎特性的离散单元模型。该模型将海冰离散为若干个具有粘接-破碎功能的颗粒单元,并通过海冰弯曲试验确定了单元间的粘接强度;然后对海冰与锥体结构的作用过程进行了数值计算,获得了相应的动冰荷载及冰振响应;在此基础上讨论了不同锥角影响下冰荷载及结构振动响应的变化规律。结果表明,水平方向冰荷载及结构冰振响应随锥角的增加明显增加,而竖直方向冰荷载则显著降低。该离散单元模型还可进一步应用于不同类型抗冰结构的冰荷载分析,有助于解决冰区结构物的抗冰结构设计和冰致疲劳分析。     

基于钻孔法检测预应力混凝土梁有效应力的有限元分析

对于已经建好的预应力结构,如何检测结构物当前的有效应力一直是难以解决的问题。文中利用钻孔法检测预应力混凝土梁的有效应力,通过有限元软件ANSYS的计算得到钻孔前后应变的变化,结合理论计算可确定检测工作中最佳的孔径、孔深和贴应变片的位置。在实际检测工作中,应首先通过有限元分析确定最佳的孔径、孔深和贴应变片的位置,然后测量贴应变片处钻孔前后应变的变化,结合相关理论计算即可得到预应力混凝土梁的有效应力。     

基于离散元的铣挖破礁施工参数研究

为解决生态清礁的迫切需求,铣挖法作为机械开挖岩石的方法被用于水下清礁。本文根据铣挖清礁的现场试验资料,基于离散元3DEC模拟铣挖清礁的过程,研究不同施工参数(输出扭矩、工作压力、吃刀深度、摆臂速度)的破礁规律。模拟结果表明：输出扭矩和工作压力对铣挖头的运转情况影响显著,过大的工作压力导致铣挖头出现卡刀现象;铣挖头卡刀会增加截割阻力影响截齿寿命;铣挖头正常运行的比能耗随工作压力的增大而减小。摆臂铣削的截割阻力和铣挖效率均随吃刀深度和摆臂速度增大而增大;比能耗随吃刀深度的增大而减小,与摆臂速度呈指数减小的趋势。研究成果对铣挖破礁实际施工具有重要参考意义。     

基于CSR有限元分析球扁钢等效方法研究

基于CSR的油船有限元分析中,球扁钢不可以直接进行疲劳及屈曲计算,需将其等效为L型材或T型材。规范要求保证等效前后横剖面面积及惯性矩特性与原球扁钢相同。而且在利用PULS进行加筋板屈曲计算时对其加强筋（如扁钢、L型材及T型材）有尺寸比例限制。依据上述要求建立了球扁钢等效优化模型,并采用相应优化算法进行求解。实例计算结果表明,所用方法基本保证了等效结果满足规范要求,并可以进行屈曲计算,达到工程应用要求。     

功率流有限元法结果分析辐射噪声

使用"功率流有限元法"(PFFEM)分析结果发展声辐射预测程序."功率流有限元法"是一种预测任意形状结构中高频振动能量密度和强度的新方法,而边界元法可用于声辐射预测.两者结合可以进一步计算远场辐射声压.用此程序,对水下复杂结构-点力激励下潜艇的振动和声辐射特性进行了预测,获得了良好效果.