基于SPH方法的连续式破冰数值模拟

根据海冰的力学性质,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立海冰本构模型,模拟冰锥实验并与实验结果对比,对冰材料模型准确性进行验证.利用显式动力分析软件LS-DYNA模拟破冰船连续式破冰,得到了海冰的损伤变形和破冰阻力,同时研究了船舶航速和海冰厚度等参数对冰载荷的影响.分析研究表明:应用SPH方法建立的海冰模型能够真实的反映海冰的力学性能,对连续式破冰过程实现较为准确的模拟,为船冰碰撞的数值模拟提供了新思路.     

基于SPH方法的水下接触爆炸数值模拟

水下爆炸涉及的物理现象极其复杂,特别是水下接触爆炸数值模拟极为困难.文章编制了基于体积近似的修正SPH方法计算程序,成功模拟了水下接触爆炸冲击波传播和结构破坏的整个过程.文中通过模拟圆柱形装药对水中结构的破坏,发现了钢结构的破坏模式、背空钢板处冲击波的传播特性.结果表明,修正SPH方法在高密度比介质的交界面处仍能反映基本的物理过程,在解决高速、强压缩和高密度比的多相流问题时具有较大优势.该文计算结果旨在为舰船水下接触爆炸相关研究提供参考.     

基于SPH法的冰与船舶螺旋桨碰撞数值模拟

在结冰海域航行的船舶螺旋桨会因受到冰块的撞击而出现严重的损坏。该文建立了冰—桨碰撞计算模型,冰模型采用SPH(光滑粒子流体动力学)法,运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA数值模拟了螺旋桨与冰在不同速度、位置下碰撞和螺旋桨与不同半径冰碰撞下的动态响应。对比研究了在以上单一碰撞因素下桨的变形、单元最大应力以及碰撞过程中产生的碰撞力等响应差异,定性地得出上述因素对冰—桨碰撞的影响规律,为船舶螺旋桨抗冰性能的结构设计提供参考。     

水流数值模拟中的混合编程技术

FORTRAN语言计算效率高但图形功能弱,Visual Basic(VB)计算效率低而图形功能强。为了发挥两者的优势,实现FORTRAN资源的再利用,以VB6.0和FORTRAN95为开发平台,通过动态链接库(DLL),探讨和演示了VB和FORTRAN混合编程技术在水流数值计算中的应用,实现了VB可视化界面与FORTRAN强大的数值计算能力的相结合。并探讨VB调用Surfer 8.0进行嵌入式编程,对水流数值模拟的结果进行了图形化处理和动态的显示。     

基于SPH方法的耙吸挖泥船艏喷过程数值仿真

艏喷是耙吸挖泥船作业的典型方式,泥浆混合物喷射轨迹和距离的分析一直是研究的热点。本文基于光滑粒子动力学（SPH）方法,在ABAQUS中建立典型耙吸挖泥船喷嘴管段模型,模拟泥浆喷射过程,并获得泥浆喷射轨迹及出口速度、泥浆散落面积等关键参数。经过与理论分析公式比较,粒子法数值模拟可以更好的描述喷射动态过程以及对管道的作用力,研究结果可以为耙吸挖泥船施工以及设计提供参考。     

基于SPH流体仿真的船模阻力试验过程的虚拟展现

通过求解RANS方程计算船体周围粘性边界层,同时结合VOF方法处理自由表面,能够获得带自由表面的船体周围稳态粘性流场,但是难于比拟拖曳水池模型试验得到连续变化的流场,该文提出采用SPH流体仿真方法模拟船模阻力试验中自由表面及流场的生成与演化,并借助三维交互式图形显示技术实现试验过程的虚拟展现,最后以DTMB 5415船模试验加以例证。     

不同锚固方式双方箱浮防波堤水动力特性的SPH模拟

应用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,建立了模拟波浪作用下双方箱浮防波堤运动响应的数值模型,计算了其透射系数、反射系数和运动响应,数值模拟与试验结果符合较好。通过数值计算分析了双方箱浮防波堤在不同入射波周期和不同锚固方式下的水动力特性。数值计算结果表明:平行锚固和交叉锚固的双方箱浮防波堤相比,二者的透射系数相近,但交叉锚固方式的运动幅值和锚链力要略大于平行锚固方式。     

基于SPH法的二维液体大幅晃荡数值模拟

随着海上液化天然气的开采和卸载的发展,LNG船部分充满舱的晃荡问题变得非常重要,成为船舶力学研究热点课题.文中采用光滑质点水动力学方法对二维液舱内液体大幅晃荡问题进行了数值模拟.将计算得到的波面图与试验结果进行了对比,吻合较好,验证了此法处理大幅晃荡问题的可行性.     

海洋水文数据库的开发与应用

海洋工程建设中涉及风、波浪、潮汐、海流等多种要素，且多时段观测得到了大量数据，这对数据的管理及分析处理造成不小的麻烦。面对大量实测的海洋数据，如何提供既安全又经济的海洋环境条件设计标准，对于海洋工程建设与开发都是至关重要的。依据RZ海洋站1980年至1994年观测数据，针对过去用传统的手工整理分析水文资料繁琐费力、效率低、计算精度不高的弊端，探讨了利用数据库与MATLAB、Delphi等程序设计语言混合编程的可行性，提出了实现从数据库提取数据到统计分析直至图形绘制的自动化方案，分别以风、浪玫瑰图以及常见极值分布和潮位历时累积频率曲线的绘制为例，完成程序的设计工作。     

分层流体中三维球体水下运动尾迹的数值模拟

采用求解RANS方程和基于VOF方法的非定常粘性数值方法并结合湍流模型对球体在两层流体中水下运动时的尾迹特征进行了针对性的研究,成功模拟出球体在水下运动产生的表面波和内波,与理论分析及其文献研究计算结果进行对照,取得了较为一致的结果,为进一步使用粘性CFD方法系统研究分层流体中潜体运动尾迹的生成机理、传播特性等问题打下了坚实的基础.     

SPH求解器的开发及其在液舱晃荡数值模拟中的应用

本文提出一种改良的SPH固壁边界条件处理方法,并基于此开发适用于模拟液舱晃荡的数值求解器。采取该求解器对液舱晃荡现象进行数值模拟,结果与相关文献结果相当吻合,验证了其可靠性和准确性。在此基础上,通过计算分析横荡状态下不同隔板高度液舱晃荡时所产生的壁面压力和液体重心高度变化趋势,探讨了隔板高度对液舱晃荡的影响规律和物理机制,并为防荡隔板的设计提出合理建议。     

基于SPS-SPH方法的自由表面流动数值模拟

SPS-SPH方法是为了克服经典SPH方法中人工粘性过于分散的缺点,以及克服改进的SPH方法中层流粘性不能准确捕捉湍流流体运动的不足。该方法借鉴大涡模拟方法的思想提出了一个亚粒子尺度(Sub-Particle Scale,简称SPS)涡粘性项并将它附加在Morris的层流粘性项之后。分别采用SPS-SPH方法和经典SPH方法对2D溃坝问题进行数值模拟并与实验数据进行了比较,结果表明,SPS-SPH方法的计算结果比经典SPH方法更加接近实验结果,该方法合理可靠,能够应用于数值模拟自由表面流动的相关问题。将SPS-SPH方法进一步运用于求解二维和三维典型自由表面流动问题,计算结果表明,SPS-SPH方法对于自由表面流动的数值模拟问题具有较高的精确度,对解决此类问题有较大的参考价值。     

波浪作用下斜坡上护面块体应力分布的数值模拟

文章基于SPH方法和FEM/DEM方法建立了SPH-FEM/DEM的二维流固耦合数值模型,模拟了在波浪荷载作用下斜坡上的护面块体内部的应力分布。结构物的水动力条件采用SPH方法模拟,结构物边界采用虚粒子模拟,护面块体结构的受力、运动和变形采用FEM/DEM方法模拟。不同块体间的接触力采用基于势函数的罚函数法来计算,采用中心差分的显式方法来求解有限元单元的变形。应用ANSYS软件和数值模型对静水压力作用下的混凝土方块的内部应力分布进行了比较模拟分析,验证了所建立的耦合数学模型。通过数值计算给出了波浪作用下位于斜坡上的护面块体的动水压力和块体内部的应力分布,讨论了块体内不同角点位置处的应力变化特性。     

基于OpenFOAM的悬沙与运动集矿车相互作用数值模拟研究

近年来,深海采矿越来越成为学术研究的前沿热点问题,其中集矿车对海底环境影响问题是重点研究的内容之一。文章基于计算流体力学工具箱OpenFOAM中的两相流混合模块,分别建立我国研制的第二代集矿车^[1]的二维和三维简化模型,模拟悬浮沉积物在水中的扩散和沉积过程,植入基于浮力项修正的k-ω SST湍流模型实现湍流闭合,并使用任意耦合滑移网格法(ACMI)实现对集矿车长距离位移的模拟,分析了集矿车与水-沉积物两相流相互作用对周围流场结构的影响,以及三维模拟中壁面效应对模拟结果的影响,探究了沉积物羽流扰动机制,为进一步研究集矿车对海底环境影响提供技术支撑。     

基于SPH-FEM算法的浮冰-水-船耦合作用数值模拟方法

针对计算机模拟极地船舶在冰区航行过程中同时受浮冰与海水影响的非线性与随机性等特点,本文将光滑粒子流体动力学与有限单元法耦合算法应用于某LNG船在冰水池试验航行时与浮冰碰撞的动态过程仿真中。阐述其耦合算法的基本理论与实现方法,模拟船舶航行过程中遇到不同密集度的浮冰工况,分别监测船体所受冰阻力的数值,观察浮冰运动情况,分析LNG舶与各密集度浮冰碰撞时阻力随时间变化规律,与经验公式比较。结果表明,该耦合算法模拟的LNG船航行于各浮冰工况符合真实情况,结果具有较高精度,为后续极地船舶的冰载荷研究提供了有力依据。     

FORTRAN与VB混合编程在船用柴油机工作过程计算中的应用

对Fortran语言编写的船用柴油机工作过程数值模拟计算程序进行可视化编程,讨论了VB语言和Fortran语言混合编程的方法。利用VB的shell函数进行混合编程,实现计算程序的可视化输入输出,同时阐述了编程中遇到的问题和解决方法。根据Fortran计算程序各参数的意义,对VB界面进行合理布局,使操作简单方便。采用可视化程序对某型船用柴油机进行工作过程的数值模拟计算,并对部分计算结果进行实验验证。     

集装箱船舶运输调度及费收流程规划与数据库设计

从集装箱船舶运输或代理运输的航运企业业务需求入手,按照各阶段数据的父子关系及交叉关系的特征设计基础数据库,并利用可视化编程手段,同时利用SQL结构化查询语言,合理利用数据控件与API代码,实现与EXECL等常用办公软件的良好兼容,开发出管理系统,并在相关船公司得到良好应用。     

吹填固化土路基试验与数值模拟分析

研究了唐山市曹妃甸滨海地区吹填土的特性,通过室内土工试验得出吹填固化土相关数据和岩土专业软件FLAC3D数值模拟分析了固化吹填土和正常路基结构的沉降情况。试验结果说明固化剂G能够有效提高吹填土的压缩模量;数值模拟分析表明应用固化吹填土作为路基结构的一部分相对于传统路基结构,沉降仅增加1.53mm,完全不影响其路用性能,能较真实地模拟路基沉降情况;经济效益对比分析说明固化剂应用于吹填路基中,具有极大的工程推广和利用价值。     

液舱晃荡与浮体运动耦合的二维与三维SPH模拟影响研究

采用DualSPHysics开源代码对矩形液舱晃荡过程中的砰击载荷及强非线性流固耦合现象进行了模拟,通过检验与验证分析证明了论文SPH求解器的准确性,并对不同方法的模拟结果进行了基准性研究。通过对菱形液舱内晃荡流动的模拟,研究了不同装载高度工况下二维与三维模拟对于舱壁砰击压力和晃荡流动的影响。最后针对载液浮箱在波浪中运动的内外域流动耦合问题进行模拟,分析了浮体运动和液舱晃荡二维与三维模拟结果的差异。研究表明,三维模拟中由于流场存在沿液舱宽度方向的运动分量,使得二维与三维液舱晃荡结果存在一定的差异,且低载液率工况的结果差异更大。     

基于OpenFOAM的船舶与液舱流体晃荡在波浪中时域耦合运动的数值模拟

波浪中载液船舶运动激励舱内液体的晃荡,舱内液体晃荡产生的冲击力同时作用在舱壁上,进而影响船舶的运动姿态。波浪中船体水动力和时延函数是在势流理论范畴下采用切片法和脉冲响应函数方法计算获得的,液舱内液体非线性晃荡是基于粘性流理论实时计算模拟,两者耦合建立了波浪中载液船舶与液舱流体晃荡耦合的运动方程。论文基于开源CFD开发平台OpenFOAM,自主开发实现了船体运动与液舱晃荡的耦合计算程序,并进行了相应的数值模拟计算和验证工作。该方法完整地考虑了波浪、船体和液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和粘性流理论,具有较高的计算效率。通过数值模拟计算和模型实验研究表明,数值模拟计算能够清晰显现出液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动计算结果与模型实验结果吻合良好。