水下细长体结构“流-刚-弹耦合”特性及方法

为对水下细长体的流固耦合特性进行分析,本文建立细长体结构的平面运动学方程。为捕捉结构的振动特性,采用双渐进法给出与之相应的流体动力学方程,形成以"流-刚-弹耦合"为特点的方程组。在时域中推进编程求解耦合方程组,得到结构的刚体运动轨迹、弹性振动情况。并与传统有限元方法进行对比,验证本文方法的正确性及合理性。以此为理论依据,对潜艇结构的"流-刚-弹耦合"特性进行分析。研究表明:水下细长结构在水动压力的作用下,流体、刚体运动、弹性振动存在着耦合现象。本文将刚体运动与弹性振动分别求出,直观体现了"流-刚-弹耦合"这一现象。     

基于完全耦合算法的绕水翼流固耦合特性研究

  目的  旨在探究舵翼组合结构对流激噪声的影响。  方法  在考虑流体与固体相互作用的前提下,采用双向流固耦合理论计算转舵过程中的流场及声场,研究舵叶材料、舵杆位置变化引起声振的规律。  结果  结果表明：在铝合金、钛合金和结构钢这3种材料中,结构钢舵引起的脉动压力波动最小,其一阶峰值点最后出现;随着舵杆位置的后移,一阶峰值频率和幅值均增大,而二阶频率随着舵杆位置的后移减小,且舵杆位置前移会使100 Hz频率范围内的总声压级降低。  结论  研究表明,结构钢舵的声振特性最好,在一定范围内舵杆位置前移可以改善舵翼组合结构的声振特性。获得的结果对潜艇舵结构的声学设计具有一定的指导意义,在一定程度上可提高潜艇声隐身性能。     

高速弹丸侵彻储油容器液固耦合数值分析

为了探讨高速弹丸侵彻储油容器的液固耦合作用机理,采用大型动态非线性有限元软件ABAQUS\EXPLICIT,对空载、4/5装载和满载三种装载状态下的侵彻动力学过程进行了数值模拟.通过对比分析,得到了三种装载状态下弹丸速度衰减曲线和储油箱体的损伤变形特征,并对侵彻过程不同阶段的动力学特征和损伤机理进行了分析,计算结果与相关实验和理论结果吻合较好.结果表明:燃油对高速弹丸侵彻油箱的动力学过程影响很大,其作用主要体现在吸收更多弹丸的动能并将其转化为与燃油接触箱体的变形能,这往往会带来箱体整体性的破坏,在储油容器的结构强度设计时必须加以考虑.     

潜艇管路系统固液耦合动力特性研究

根据Hamilton 原理,推导了管路固液耦合振动微分方程,通过Galerkin法,计算出了管路系统振动固有频率的近似解析式.研究表明,潜艇管路系统振动固有频率随内流流速的增大而降低,随压强的增加而略有提高.因充液输送管路内脉动的随机性,并用ANSYS 对其进行了动力特性研究,探测其共振响应.     

基于完全耦合算法的绕水翼流固耦合特性研究

基于完全耦合算法对绕二维NACA0009水翼流固耦合特性进行了数值模拟研究。采用Theodorsen模型和Munch模型对刚性和弹性水翼的水弹性响应进行了数值计算,分析了流体与结构的相互作用关系,研究了影响结构水弹性响应和流固耦合特性的因素。研究结果表明:考虑了流体黏性的Munch模型与基于势流理论的Theodorsen模型对气动弹性响应的数值计算结果基本一致,而Theodorsen模型由于没有考虑流体黏性在一定程度上低估了结构的水弹性响应。结构的惯性、阻尼和刚度力矩与流体的相应附加载荷均处于同一数量级,故流体与结构的相互作用不可忽略,尤其对于弹性水翼,流体的惯性、附加阻尼作用增大,流固耦合算法的数值稳定性对流固耦合特性的计算结果影响将更大。外部激励频率为非共振频率时,结构的刚度作用是影响水弹性响应的主要因素,外部激励频率为共振频率时,流体的附加阻尼和附加刚度作用减弱,除结构的刚度作用外,流体与结构的惯性作用对水弹性响应和流固耦合特性的影响也较大。     

流—固耦合效应对桩柱频率特性的影响分析

基于流—固耦合的桩柱横向振动理论,利用有限元软件分析水深与桩柱高度之比、桩柱综合折算弹性模量、空心桩柱壁厚与外径之比等因素对流—固耦合效应的影响,分析结果表明:流—固耦合效应会减小桩柱的自振频率,桩柱的综合折算弹性模量会影响桩柱高、低阶横向振动频率的衰减,空心桩柱壁厚与外径之比会影响其一阶横向振动频率的衰减幅度。     

液舱晃荡载荷数值模拟中的流固耦合影响研究

为了研究大型化后LNG船液舱围护系统结构弹性对液舱内晃荡冲击压力的影响,采用基于显式时间积分方法的有限元/有限体积法程序模拟流体和结构的运动和变形及其相互作用。论述了数值模拟方法及其重要相关参数,以二维矩形刚性液舱模型为例模拟晃荡,得到的结果分别与计算流体程序和试验的结果比较,论证了该数值计算方案的可行性。进一步进行了三维刚性和三维弹性模型的液舱晃荡分析,比较了不同模型对液体运动和舱壁冲击压力的影响。文中研究结果对液舱结构晃荡冲击载荷评估具有参考价值。     

水力式升船机不同平衡重底部形式三维流固耦合分析

平衡重底部水流是否平顺稳定将直接改变其受力状态,从而对升船机的运行稳定性造成影响。因此,优选合理的平衡重底部体型是改善升船机运行质量的一条有效途径。在非恒定流作用下,建立3种不同平衡重底部形式的三维流固耦合数学模型,对平衡重上升过程波动特性进行数值模拟。计算结果表明,平衡重底部体型优化后,平衡重上升初期,竖井内水流对平衡重底部的冲击作用明显改善,所受横向力几乎为零,而且间隙之间流速均匀分配,有效地解决了平衡重波动问题。     

输液管道流固耦合的响应分析

采用结构有限元方法和流体CFD方法,研究变化流速下结构和流体的瞬态响应,实现管道与流体间的双向耦合,并得到管道位移、水动压力的时间历程曲线。通过MATLAB频域转换得到了结构和流体的响应频率。     

基于流-固耦合的船用电源模块流场及温度场分析

本文以某采用强迫风冷的船用不间断电源为例,介绍了其柜体内部的回路结构,并利用有限元仿真软件Icepak对其进行流-固耦合仿真计算,得到该模块的内部风道流场和稳态温度场.提出了一种新的风冷系统优化方法,降低了功率器件的最高温度,使得系统温度分布更加合理,优化后散热效果达到设计要求.该优化方法可为电力器件柜体散热提供一种思...     

四面六边透水框架坝模型试验及检验标准

四面六边透水框架坝利用四面六边透水框架抛投堆积成坝,坝体横截面为梯形。通过在陆上和水槽中开展四面六边透水框架坝的抛投试验,研究了四面六边透水框架的单位体积内框架个数、孔隙率,分析了四面六边透水框架坝的施工工艺及其检验标准。研究成果提供了四面六边透水框架坝模型施工的质量控制范围,为我国内河上构筑四面六边透水框架坝的施工及验收提供了依据和参考。     

鱼梁航运枢纽工程闸坝泥岩基础剪切软弱带加固处理

鱼梁航运枢纽工程闸坝基础开挖过程中发现岩层中层间存在剪切软弱带且节理裂隙较为发育,岩体完整性较差;同时,层间剪切软弱带、节理裂隙面、岩层面等结构面互相切割,组合形成大小不一的块体,对坝基抗滑稳定较为不利,经计算,深层滑动不满足规范要求。经多方案对比分析研究,最终采用挖除部分软弱夹层、布设锚筋桩和基础固结灌浆等措施组合的地基处理方案。     

高坝枢纽新建通航建筑物轴线及通航条件研究

针对山区已建高坝枢纽新建通航建筑物轴线布置受河道窄、水头高、电站泄流及已有建筑物影响等条件限制的问题,依托贵州清水江白市水电站枢纽新建通航建筑物工程,采用1∶100正态整体水工模型与自航遥控船模相结合的技术手段,对多条轴线布置方案进行通航水流条件及船舶航行操控研究与优化。试验结果表明,右岸轴线布置方案通航水流条件及船舶航行状态均较好,为推荐方案。研究成果解决了工程关键问题,可供类似已建高坝水利枢纽新建或扩建通航建筑物工程参考借鉴。     

NSPMF-EB耦合模型及其在近岸波浪计算中的应用

提出通过耦合透水介质的流体运动方程(NSPMF模型)和改良Boussinesq方程(EB模型)来描述近岸水波现象的数学模型。NSPMF模型的优越性在于它能描述波浪破碎、越浪以及波浪和各种结构物(包括透水性结构物)之间的相互作用等伴随着复杂流动结构的局部波动现象;EB模型则可用于求解广阔海域内非线性不规则波浪的运动和变形过程。耦合模型兼有二者的优势,具有广阔的应用前景。验证计算的结果表明本文建议的耦合方法是有效的。     

Van der Meer公式中渗透系数P的研究进展及应用

在抛石斜坡堤的设计中,国际规范普遍采用Van der Meer公式对斜坡堤护面块石的稳定质量进行计算。该公式对渗透系数P的取值,根据堤心、倒滤层、护面层的不同配置给出了4种标准情形下的推荐值,分别为P=0.1、P=0.4、P=0.5和P=0.6。在工程实践中,斜坡堤并不完全符合任何一种标准情形,往往表现为两种标准情形的中间形态,尤其是对堤心砂设置倒滤层并铺设土工布的情况。介绍了Van der Meer对渗透系数的研究和近年来的研究进展,并将研究成果应用到工程实例中,可为海外类似工程的设计提供一定的借鉴。     

台州湾海域水文泥沙环境及海床冲淤演变分析

文章结合台州湾海域历史上各年代、各测次的水文泥沙测验和实测地形资料,对该海区1934~1998年和1988~2003年2个不同时间长度内的地形变化进行了分析,结果表明:台州湾属于强潮海域,具有潮差大、潮汐动力强的特点;该海区在1988年以前处于略有淤积状态,而1988年后期处于冲淤基本平衡的稳定状况;椒江口内高含沙水体的往返运移对湾内水域冲淤变化的影响甚小;造成该海区海床变化的泥沙主要来自于浙江东海岸沿岸泥沙运动,随着来自长江口泥沙的逐年减少,该海域的海床形态基本趋于稳定,海域含沙量逐步降低,为台州市深水港的建设提供了良好的泥沙环境。     

地效翼船起降稳定性研究

地效翼船的起降过程是水动力和气动力相互耦合作用的过程.文章对地效翼船起降过程的特点进行分析,提出了适用此种情况的运动方程,将起降过程的空间运动分解为孤立的纵向运动与横侧运动.使用小扰动线性化分析方法分别研究航向稳定性和纵向稳定性,并且考虑了风、浪对它们的影响.