基于实体监测的混凝土导热系数分析

大体积混凝土内部温度场与裂缝息息相关,混凝土导热系数是分析温度场最重要的参数。调研了导热系数试验方法,包括:圆柱体法、防护热板法、热流计法,各种方法测得的导热系数介于0.37~3.99 W(m·K)。根据安仁铺船闸输水廊道侧墙混凝土温度监测结果,将混凝土构件简化为圆柱体进行导热系数计算,得到混凝土整体的导热系数为0.23 W(m·K)。利用计算得到的导热系数进行有限元模拟,计算结果与实际监测结果基本吻合。     

IGBT热网络传热模型研究

在加入层间接触热阻的7层Cauer热网络模型基础上,考虑了材料导热系数随温度变化的函数关系,在芯片结构和实验测试结果基础上加入了结表热阻以及各物理层间的扩散热阻,建立了一种改进的多维IGBT热网络传热模型。采用所建模型对模块各物理层温度特性,特别是结温特性进行了仿真计算,并和实际探测结果进行比对分析。分析结果表明改进的热网络模型较传统热网络传热模型具有更高的精度。     

舱壁保温层对深潜器舱内温度的影响

通过数值模拟的方法,对深潜器下潜和巡航过程中的传热进行分析,研究下潜速度、保温层厚度、保温层导热系数对舱内温度和内壁面温度的影响。下潜速度的增加,从时间上考虑,对舱内温度影响较小。随着导热系数的增加,保温层厚度变化对舱内环境温度影响程度减小。导热系数一定时,保温层厚度增加,舱内环境温度会线性上升,而环境温度与舱内壁面温差则线性减小。随着保温层厚度的上升,导热系数的变化对舱内环境温度影响程度变大。保温层厚度一定时,导热系数增加,舱内环境温度会加速下降,环境温度与舱内壁面温差加速上升。因此,保温层导热系数应尽量选取靠近0.1 W/(m·K),而厚度以3cm为宜。     

B型独立LNG液货舱漏热量及蒸发率影响因素模拟分析

以50000m~3 B型LNG独立液货舱为研究对象,采用CFD数值模拟方法,建立B型液货舱传热数学模型,确定其边界条件;分析不同绝热层厚度、绝热材料导热系数、舱外环境温度、绝热层破损等因素对液货舱漏热量及蒸发率影响;最后,获取了绝热层破损、绝热材料导热系数和舱外环境温度等因素变化对B型液货舱漏热量及蒸发率的影响规律,为B型独立液货舱绝热设计提供重要的依据。     

舰船纳米流体冷却液在间冷器中的应用

为探究舰船纳米流体冷却液在燃气轮机间冷器中的流动换热情况,制备SiO2-乙二醇/水(50/50)船用间冷系统纳米流体冷却液,研究纳米流体中颗粒的粒径分布、温度和颗粒质量分数对导热系数的影响.在此基础上,以WR-21船用燃气轮机的间冷器系统为例,建立流动传热耦合计算模型,采用Fluent软件对流道内部的流场进行数值模拟.分析不同工况下纳米流体对间冷器平均对流换热系数、温度分布和沿程阻力的影响.结果 表明,温度升高,纳米流体的导热系数增大,当质量分数为15％、温度为80℃时,纳米流体的导热系数相对基液提高15.5％;提高纳米流体的质量分数,液侧平均对流换热系数随之增大,气侧温度分布更加均匀;在全工况下,液侧平均对流换热系数最大提高57.9％.纳米流体冷却液对改善高压压气机进口气流温度分布的均匀性具有重要意义.同时,需综合考虑纳米流体沿程阻力增加对间冷器性能的影响.     

岩石热物性参数分析研究

通过对岩体间热传导的作用的分析,利用先进的试验仪器与技术,测试了青海共和盆地岩石物理参数,从纵波波速、孔隙度、干密度三个影响岩石导热系数的因素出发,利用SVR模型进行岩石导热系数预测。结果表明,SVR模型计算得到的岩石导热系数预测值与仪器实测值相近似,说明该模型具有可行性,可用于以后的岩石导热系数计算。     

高强度聚氯乙烯泡沫水声模量参数反演修正北大核心CSCD

[目的]旨在基于复合材料试样水声插入损失实测值,通过反演算法获得高强度聚氯乙烯(PVC)泡沫的水声模量值,进而提高复合材料水声插入损失计算精度。[方法]首先,通过压缩、平拉等力学试验,得到高强度PVC泡沫材料的静弹性模量,再利用传递矩阵方法计算得到夹芯复合材料的插入损失,并分析得出插入损失计算值与基于脉冲声管法的实测值存在较大差异的原因是芯材弹性模量输入值偏低。然后,基于插入损失实测值,采用遗传算法反演计算出5组泡沫材料的水声模量值。[结果]定量计算结果表明,高强度PVC泡沫的水声模量值高于静弹性模量值,水声模量对压缩模量比值的平均值为1.24,对拉伸模量比值的平均值为1.36。[结论]在对基于高强度PVC泡沫的夹芯复合材料水声性能进行计算时,材料弹性模量输入值应在静力模量实测值基础上正向修正,从而降低误差。     

石墨烯增强铝基SiC复合材料抗侵彻机理试验与数值仿真

[目的]旨在研究新型轻质复合装甲板——石墨烯增强铝基SiC复合材料装甲靶板的抗侵彻失效机理。[方法]利用光镜与扫描电镜对石墨烯增强铝基SiC复合材料进行微观形貌观察;结合弹道枪试验,利用AUTODYN有限元软件建立1/2模型,破片质量为30 g,靶板厚度为43 mm,采用不同的本构模型描述材料,进行数值模拟仿真计算。[结果]结合弹道枪试验及仿真计算,得到石墨烯增强铝基SiC复合材料复合靶板抗侵彻的过程为:破片侵彻靶板时,靶板表层铝合金受破片挤压形成环形卷曲破口,破片继续向后挤压过程中,靶板不断侵蚀破片头部;且破片不断向后冲击剩余靶板形成变形锥,破片速度足够大时,贯穿靶板形成花瓣型破口。[结论]结合微观形貌观察及弹道枪试验,仿真计算结果显示:Johnson-Cook,Cowper-Symonds及Johnson-Holmquist 3种本构模型中,Johnson-Holmquist本构模型更适合描述石墨烯增强铝基SiC复合材料的抗侵彻机理。     

基于导热反问题的双层炉膛内壁缺陷诊断

对内壁带有不规则缺陷的双层炉膛建立了二维稳态传热模型并通过有限元方法进行求解.利用外壁面的温度分布,根据共轭梯度法,通过使外壁面温度测量值和计算值之差最小化,基于导热反问题机理对内壁面的缺陷形态进行了识别.并对某焚烧炉炉膛进行了数值试验,分析了测量误差和初值选取对反演结果的影响.     

改进随机森林-蒙特卡罗法在A型液舱支座结构可靠性分析中的应用

[目的]随着液化天然气(LNG)船舶结构研究和设计深度的提高,需要有能够快速和准确地评估不确定性因素的可靠性分析方法。为此,提出基于改进随机森林-蒙特卡罗(RF-MC)法来解决A型独立液舱支座结构失效概率的计算问题。[方法]首先,根据不确定性因素的概率分布,使用MC法生成样本集;然后,以局部离群因子为准则,筛选出失效面附近的样本点,再对筛选出的样本点进行有限元计算后添加至训练集,通过重复训练随机森林近似模型,直至满足精度要求;最后,使用近似模型判别样本点是否失效,结合MC法计算结构的失效概率。[结果]综合考虑算法的准确率、复杂度和效率并结合算例1和2,可以发现在分析可靠性问题时改进RF-MC法比MC和BP-MC等方法具有更大优势。算例3的应用结果表明了改进RFMC法在A型独立液舱支座结构可靠性分析中的适用性。[结论]研究结果可为LNG船舶的优化设计提供可行的技术方案。     

专家控制-改进S面算法在近水面航行器运动控制中的应用研究

[目的]旨在提高舵板响应速度和效率,以满足近水面航行器在静水及波浪干扰下的深度保持和姿态控制要求。[方法]在S面算法的基础上,提出一种具有更快收敛速度的改进S面控制算法,并与专家智能控制相结合,建立闭环专家控制-改进S面算法的混合控制模型,构建混合算法控制器。对比分析PID算法、S面算法、改进S面算法以及专家控制-改进S面算法在近水面航行器航行深度、姿态控制间的差异,并进行波浪干扰下的运动预报。[结果]预报结果表明：改进S面算法在静水航行控制中可提高收敛速度,波浪干扰下可降低纵摇幅度;专家控制-改进S面算法能够提高舵的控制效率,在静水中快速实现航行状态稳定转换,在波浪中有效降低近水面航行器垂荡和纵摇幅值30%以上。[结论]所提专家控制-改进S面算法对近水面航行器运动稳定性的提高适用性良好。     

C型LNG船货舱区温度场分析

C型液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船货舱区的温度场计算通常采用简化一维传热计算方法,计算精度差,难以准确地确定货舱区船体结构温度场分布,从而影响货舱区结构材料级别选取的准确性。对此,根据C型LNG船货舱区的传热特点,介绍基于热传导、热对流和热辐射等3种传热方式的三维有限元温度场计算,并以某3000m~3 C型LNG船为例,比较在极端环境下采用简化传热计算方法和三维有限元传热计算方法得到的计算结果,发现采用三维有限元传热计算方法得到的温度场计算结果可体现整个货舱区各区域的温度场变化,可为准确选取结构材料级别提供依据。     

海洋核动力平台PRHR HX管内蒸汽冷凝换热特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在探究非能动余热排出换热器(PRHR HX)管内饱和蒸汽冷凝传热特性,为海洋核动力平台非能动安全系统设计提供支撑。[方法]通过搭建的功率比1∶50的试验装置,使用分离热阻法处理试验结果,对PRHR HX管内饱和蒸汽冷凝换热特性进行分析。[结果]在试验参数范围内,PRHR HX管内主要以分层流或波状流-环状流-波状流流型存在,该管内凝液流动存在由层流到湍流的转捩过程;管内饱和蒸汽冷凝换热系数随压力升高而增大;在压力为0.52 MPa时,换热器内蒸汽流速最大值约为6.72 m/s,当压力大于0.52 MPa后,蒸汽流速反而逐渐减小;所提PRHR HX管内饱和蒸汽冷凝换热系数计算关系式与试验结果吻合良好,其计算值与试验值的相对误差在±8%以内。[结论]研究结果可为海洋核动力平台及类似应用对象非能动安全系统PRHR HX设计和优化提供参考。     

含初始裂纹铝合金板在反复冲击载荷下的动态响应

[目的]为研究含初始裂纹铝合金板在反复冲击载荷作用下的动态响应影响,[方法]通过开展铝合金板的反复冲击试验和有限元仿真研究,分析在反复冲击载荷下铝合金板的动态响应特性,比较完整铝合金板和含初始裂纹铝合金板在反复冲击载荷作用下的冲击力和破坏模式。[结果]试验结果与仿真计算取得较好的吻合。结果表明,在反复冲击载荷作用下,铝合金板对初始裂纹较为敏感;初始裂纹会降低铝合金板的承载能力,使得冲击力减小,反复冲击直至失效的冲击次数减小;含初始裂纹铝合金板的破坏模式也会受到影响。[结论]研究结果可对铝合金船体外板的结构强度计算和评估提供一定的依据和参考。     

船舶绝缘布置设计方法

为控制船舶绝缘材料用量,优化敷设工艺,通过研究绝缘材料敷设方法、相关规范及耐火试验要求,结合厂商的耐火试验报告,提出将防火绝缘材料敷设在结构光面的设计方法。相较于将绝缘材料敷设在结构面,将绝缘材料敷设在结构光面可减少材料用量、易于施工,进而降低船舶建造成本。     

不同筋材对复合材料加筋板水中透声性能影响试验研究北大核心CSCD

[目的]为探索使用复合材料筋材替代钢质桁架的可行性,针对加筋板近场声散射特性,提出复合材料筋材设计方案,并开展相关试验研究。[方法]首先,基于水声材料测试标准建立加筋板透声性能试验方案;然后,通过消声水池自由场标定及扁钢与钢质桁架的透声性能对比,验证试验环境与试验条件的可行性;最后,通过试验分析正入射与斜入射条件下加筋板的透声性能规律。[结果]结果表明:在正入射与斜入射条件下,加筋板的透声性能规律基本相同,其透声性能依次为裸板>钢质桁架>复合材料帽型加筋板;复合材料筋材的透声性能受入射面横截面积的影响较大,横截面积越小的加筋板其透声性能越优。[结论]研究结合试验分析探索了未来研制高透声复合材料加筋板的方向,即在保证弯曲刚度相等的前提下,复合材料筋材应尽量采用镂空结构形式,并尽可能降低其入射面横截面积;另在设计筋材时应尽可能减少材料使用的种类,以减少筋材中不同材料界面的数量。     

LNG双圆筒储罐的因子效应分析和蒸发率预报

以某T-5200型LNG双圆筒储罐为研究对象,考虑罐体长度、罐体球心距、气室高度、气室半径、垫木厚度、垫木与罐体夹角、绝热层导热系数和垫木导热系数等影响因素,基于有限元法对其进行参数化建模,利用MATLAB与ANSYS进行数值实验模拟出各因子在多种组合下的储罐漏热量。基于数值结果,用均值分析法对各因子的效应进行定量分析。用MATLAB建立基于BP算法的人工神经网络预测模型并进行改进,测试表明,建立的模型预测罐体蒸发率误差在[-5%,5%]的比率为100%,可用于船型及储罐方案设计和论证阶段的蒸发率快速预报。     

载人潜水器水下传热问题近似计算方法

本文重点提出一种用于计算水下载人潜水器热交换的传热模型,该传热模型首次综合考虑了水下隔热层、空调、蓄热体、热源等因素对舱内温度的影响,在做出一定假设后,问题可简化为一维非稳态传热问题,采用有限差分方法对导热微分方程进行数值求解,并利用Matlab实现程序化计算。利用该程序对某工程算例的不同工况进行计算,将结果与AMESim仿真结果对比分析,验证所提传热模型及计算方法的正确性。该模型与方法为今后水下载人潜水器在热舒适性问题上的研究设计提供了一种便捷技术手段。     

复杂船舶围壁传热系数取值探讨

采用数值模拟软件对几种复杂船舶围壁进行稳态传热计算,并将计算所得围壁传热系数与相关标准提供的计算值进行对比.结果表明,采用数值方法计算得到的复杂船舶围壁传热系数与相关标准提供的参考值相比差异很大.计算结果也表明：空气层厚度对船舶甲板围壁的传热系数影响较大,而对垂直围壁的传热系数影响较小;隔热材料的导热系数对垂直围壁的传热系数影响较大,而对甲板围壁传热系数的影响较小.相关标准直接笼统地给出了各种类型船舶围壁的传热系数,而对围壁空气层厚度及隔热材料导热系数等未作详细说明,在对围壁传热量进行计算时采用标准推荐的传热系数会出现较大偏差,建议针对具体的船舶围壁,通过数值模拟或实验来获取围壁传热系数.     

复合材料地效翼船结构设计计算方法研究

[目的]在复合材料地效翼船的结构设计中,目前尚无相应的对其结构进行强度和稳定性评估的规范方法。选取复合材料地效翼船设计中夹芯复合材料主浮舟及机翼这2个关键部件的结构强度及稳定性计算方法开展研究。[方法]重点探讨主浮舟及机翼结构的设计载荷计算方法,以及对应夹芯板的强度衡准、整体及局部稳定性计算方法与衡准。利用建立的计算方法对复合材料地效翼船主浮舟的总纵弯曲强度、机翼结构强度以及稳定性进行算例分析。[结果]结果表明,建立的计算方法可以用于复合材料地效翼船主浮舟和机翼结构的强度及稳定性计算,算例中的复合材料地效翼船设计方案满足结构强度和稳定性要求,经受住了实船试验的考核验证。[结论]所得方法可供复合材料地效翼船结构设计计算参考。