一种用于SWATH湿甲板动响应分析的砰击载荷实用计算方法

利用连接桥模型试验,通过对几种砰击载荷计算方法的比较,提出用抛物线型函数对砰击压力进行二元非线性回归,与试验值吻合较好,得到了一种用于SWATH湿甲板动响应分析的砰击载荷时历载荷形式.给出一条船的算例,分析了湿甲板砰击的特点,得到航速、有义波高、遭遇频率、湿甲板高度都是影响砰击发生及其量值的因素的结论,指出在分析湿甲板砰击强度时必须采用动响应分析法.     

影响高速三体船连接桥砰击压力峰值因素研究

船舶的砰击问题是一个包含动边界、结构-空气-水三者耦合的非线性、非定常问题,一直是船舶领域研究的前沿热点.新船型高速三体船的砰击问题与常规单体船不同,除了主船体底部砰击外还包括连接桥砰击,这使高速三体船的砰击问题更为复杂.文中利用LS-DYNA仿真软件建立高速三体船结构二维有限元模型,计算其入水过程中连接桥的砰击问题.计算中考虑高速三体船的空气层、结构质量、连接桥宽度和主船体的舭升高角度因素对连接桥砰击压力峰值影响.通过分析,得出各个因素对高速三体船连接桥砰击压力峰值的影响规律.     

高速无人滑行艇静水阻力性能数值预报方法研究

针对无人滑行艇静水直航运动姿态变化显著的特点,基于RANS方程与重叠网格技术,提出了阻力及艇体姿态的预报方法.以某深V型滑行艇为研究对象,基于Star-CCM+软件平台,开展体积弗劳德数FrΔ从0. 96到4. 8范围的直航数值模拟.将数值模拟结果与船模试验值进行对比,在滑行艇起滑前阻力值与姿态误差小于5%,起滑后误差值小于8%,在工程误差允许的范围内.该方法可以有效的预报高速无人滑行艇的静水直航性能.     

滑行艇阻力的近似计算方法

查洁法是计算滑行艇阻力的一种近似方法,在考虑艇底斜升角对纵倾角的影响、不考虑艇底斜升角对浸湿长宽比的影响时,本文基于查洁法编制了滑行艇阻力理论预报程序,通过对美国滑行艇系列62中4667-1阻力理论计算值与试验值的比较,研究了查洁法的适用范围.     

滑行艇简化模型流场数值模拟及改型研究

合理的滑行面设计,是滑行艇设计中的关键问题.利用CFD软件FLUENT对滑行艇简化模型的流场进行数值模拟,得到简化模型的压力分布细节,并由此对滑行艇的滑行面进行改型,通过改型调整航态和艇底的水动压力分布,达到降低船舶阻力的目的.改型前后的实验结果显示：改型后滑行阻力与原型相比减小7%.研究表明：利用通用软件进行船舶流体力学的研究,是一个较为有效的方法;另外,通过合理布置滑行面可有效减小滑行艇滑行阻力.     

水面无人艇在风干扰下的操纵性能仿真

根据静水中完整的操纵运动数学模型,对无人艇载体平台滑行艇,在定常风假设下,建立了风干扰下简化的滑行艇操纵运动数学模型.利用数学模型对滑行艇在风压力及风压作用下在各个角度下的操纵运动进行仿真.     

船舶表面入水点砰击压力的预报方法

文章给出了船舶表面点的入水速度的预报方法，运用二维剖面入水砰击压力与入水速度之间的关系，对船舶表面入水点的砰击压力进行了预报。     

基于高速船轻型结构流体冲击响应、控制与试验方法研究

船舶与土木工程学院孙海虹教授获准国家自然科学基金资助,课题为“基于高速船轻型结构流体冲击响应、控制与试验方法研究”. 1.项目的研究目标 研究基于高速舰船的轻型结构体系在流体冲击载荷作用下的响应、控制与试验方法.通过本项目的研究可望为保障我国高速舰船在恶劣海况下主体结构的安全性提供新的思想和方法,为在基于高速舰船的轻型结构体系上实施主动控制打下坚实的基础. 2.研究内容 1) 舰船主体结构在非线性波浪载荷作用下的水弹性分析.2) 舰船主体结构在流体冲击载荷作用下响应主动控制方法及系统仿真.3) 试验方法研究. 3.拟解决的关键问题 1) 为了说明方法的有效性,申请者在此前的研究中采用了一定的简化,未考虑舰船在非线性波浪上的真实运动情况.本项目将结合前期已完成的国家自然科学基金课题“船舶流固耦合及非线性波浪载荷响应研究”(编号：19272051),将舰船在非线性波浪载荷作用下主体结构水弹性分析进一步完善,加入波浪的砰击、甲板上浪的实用分析模型,为实施主动控制打下基础. 2) 申请者在此前的研究中,控制系统采用闭环最优控制算法.这种算法存在着一定的缺陷,如舰船在波浪上运动,即使未遭受流体冲击载荷,只要控制装置在工作,就会发出控制力矩,这在能量方面是一个浪费.按常规,我们总是期望,仅仅当舰船在非线性波浪力(包含砰击)作用下,主体结构响应幅值达到一定的阈值时,控制装置发挥作用,以迫使主体结构响应幅值在阈值范围内.因此对闭环最优控制算法进行改进,如采用限界控制算法等显得非常必要. 3) 结构主动控制这一思想自提出以来,虽然取得了一些成功的经验,在某些领域也取得了成功的运用,但仍然争议不断.其中一个重要的原因就是结构主动控制实施起来存在着一定的困难.因此试验方法的研究和成功实现成为本研究方向需要解决的重要问题.由于本研究方向在国内外尚无试验资料和经验可供借鉴,本项目在试验方面将把重点放在试验方法的研究上,并制作一个试验模型进行探讨. 4.创新之处 舰船在流体冲击载荷作用下主体结构主动控制方法与系统仿真;模型试验方法研究. 科技处(余区办) 章爱武     

滑行艇航向稳定性与旋回性理论分析

根据滑行艇的航行性能,运用船舶操纵性基本原理,对滑行艇的航向稳定性和旋回性进行理论分析,为驾驶员操纵滑行艇提供理论依据,从而保证滑行艇安全航行.     

滑行艇艇型参数对船舶性能影响的探讨

通过探讨没行艇各艇型参数对船舶性能的影响,阐明了滑行艇的滑行原理,分析了艇型参数对船舶性能产生影响的机量,提出了设计选取艇型参数的思路及方法。     

Sensitivity Analysis of Wave Slamming Load with Respect to Wind Load for Semi-Submersible Platform Design

A design of offshore floating structure is mainly based on the extreme response analysis due to the forces experienced. The extreme response can induce the negative air gap response and potential impact to the deck bottom of floating structure. It is important to predict the slamming load in order to check the strength of local structures which withstand the wave slamming. In recent years, studies of the effects of wind load on air gap response and slamming load are ignored. When the platform suffers the extreme wave, the wind is also harsh.Moreover, the wind load can affect the motion response of the platform. The wind load cannot be simulated easily by model test in towing tank whereas it can be simulated accurately in wind tunnel test. Though the model test results are not accurate enough for air gap and slamming load evaluation due to the loss of wind effect, they can be used as a good basis for tuning the radiation damping and viscous drag in numerical simulation. This paper aims at presenting the sensitivity analysis results of wave slamming load with respect to the wind load for the design of semi-submersible platform. As an example of semi-submersible drilling platform design, the wind tunnel test has been carried out, and the sea-keeping model test is also performed in towing tank, while the wind load effect is ignored. According to the model test results, a numerical model is tuned and validated by ANSYS AQWA. Sensitivity analysis studies of the relative velocity between water particle and platform surface and the wave slamming load with respect to the wind load are performed in time domain by the tuned numerical model.Five simulation cases about the presented platform are simulated based on the results of wind tunnel tests and sea-keeping tests. The sensitivity analysis results are valuable for the floating platform design.     

Slamming and Green Water Loads on Bow-Flare Ship in Regular Head Waves Investigated by Hydroelasticity Theory and Experiment

With the development of ships towards large scale, high speed and light weight, ship hydroelastic responses and slamming strength issues are becoming increasingly important. In this paper, a time-domain nonlinear hydroelasticity theory is developed to predict ship motion and load responses in harsh regular waves.Hydrostatic restoring force, wave excitation force and radiation force are calculated on the instantaneously wetted body surface to consider the nonlinear effects caused by large amplitude motions of ship in steep waves. A twodimensional(2 D) generalized Wagner model and a one-dimensional(1 D) dam-breaking model are used to estimate the impact loads caused by bow flare slamming and green water on deck, respectively; the impact loads are coupled with the hydroelastic equation in time-domain. Moreover, segmented model tests are carried out in a towing tank to investigate the wave and slamming loads acting on the hull sailing in harsh regular head waves and also validate the numerical results.     

Research of Springing and Whipping Influence on Ultra-Large Containerships’ Fatigue Analysis

Rules of Classification Societies all around the world have made changes on design wave loads’ value and fatigue influence factor modification due to the influence of springing and whipping on ultra-large containerships. The paper firstly introduced 3-D linear hydroelastic theory in frequency domain and 3-D nonlinear hydroelastic theory in time domain, considering large amplitude motion nonlinearity and slamming force due to the severe relative motion between ship hull and wave. Then the spectrum analysis method and time domain statistical analysis method were introduced, which can make fatigue analysis under a series of standard steps in frequency and time domain, respectively. Finally, discussions on the influence factor of springing and whipping on fatigue damages of 8500TEU and 10000TEU containerships with different loading states were made. The fatigue assessment of different position on the midship section was done on the basis of nominal stress. The fatigue damage due to whipping can be the same as the fatigue damage due to springing and even sometimes can be larger than the springing damage. Besides, some suggestions on calculating load case selection were made to minimize the quantity of work in frequency and time domain. Thus, tools for fatigue influence factor modification were provided to meet the demand of IACS-UR.     

高速列车转向架构架载荷识别与分布特性

以某型高速列车转向架构架为对象, 研究了高速列车转向架构架载荷识别与分布特性; 分析了基于动应力响应识别构架载荷的原理并基于截断奇异值法对构架载荷进行了反推识别, 采用核密度估计法对构架载荷极值分布特性进行了分析, 基于3σ准则获得了不同出现概率下的构架载荷极值区间, 利用雨流计数法编制了构架载荷的二维载荷谱并基于Goodman方程将二维载荷谱等效转换为一维载荷谱, 基于一维载荷谱分析了各载荷系载荷的累积频次分布规律。研究结果表明: 对于本文研究对象而言, 当截断数目为1时, 载荷识别结果的相对误差最小; 载荷极小值与载荷极大值的概率密度分布整体相对于坐标系的纵坐标轴对称, 涵盖载荷范围越大的载荷系, 其概率密度的极值越低; 齿轮箱载荷系极大值与极小值涵盖的载荷范围最大, 最大载荷达到25 kN, 制动载荷系、侧滚载荷系与横向载荷系次之, 最大载荷达到了15 kN, 浮沉载荷系的最大载荷约为5 kN, 扭转载荷系极值涵盖的范围最小, 最大极值约为3 kN; 随着出现概率的增大, 各载荷系极值区间也逐渐变大; 各载荷系的二维载荷谱均有明显的载荷频次极值, 各载荷系的载荷频次极值均出现在低幅值区域; 对于二维载荷谱等效后的一维载荷谱累积频次分布, 各载荷系总累积频次相当, 齿轮箱载荷系的最大载荷幅值明显大于其他载荷系, 其他载荷系的最大载荷幅值由大到小依次为侧滚载荷系、制动载荷系、浮沉载荷系、横向载荷系和扭转载荷系。      

车道荷载作用下公路多主梁桥剪力计算方法

考虑荷载横向分布系数m沿桥跨方向的变化,采用积分法对车道均布荷载引起的支点最大剪力进行了计算.其次根据函数极值原理推导了车道集中荷载引起的支点最大剪力计算公式及相应最不利荷载布置;提出了采用支点最大剪力计算判别式进行简便、准确计算支点最大剪力的方法.最后结合我国2004年公路桥规,以公路桥涵标准设计为算例,对本文计算方法和传统经验方法的结果进行了误差分析,说明本文提出的方法对桥涵设计及结构分析具有一定的指导意义.     

实测车流作用下大跨桥梁荷载效应极值外推法

提出多种密度随机车流作用效应极值的概率叠加方法, 外推了公路实测车流作用下大跨桥梁的车载效应极值; 阐述了基于Rice公式的界限跨阈率叠加原理, 并验证了其正确性; 基于中国某高速公路长期监测车流数据模拟了稀疏、一般和密集3种状态的随机车流, 应用界限跨阈率叠加模型估算了某混凝土斜拉桥主梁的最大弯矩。研究结果表明: 根据某高速公路实测车流数据, 稀疏、一般、密集车流密度分别约为1.7、5.0、8.3veh·min-1;在数值算例中, 车辆质量为45t车型占有率由0增加至80%导致最大车辆质量仅下降1.2%, 而车辆质量为50t的车型占有率由0增加到20%导致最大车辆质量增加14.4%, 说明多个平稳随机过程组合而成的非平稳随机过程的极值主要是由数值较大的随机过程决定; 采用跨阈率叠加方法对某混合车流车辆最大质量的外推误差为2.55%, 验证了将实际混合车流数据进行“车流离散”和“极值概率叠加”后得到的车载效应极值的方法的可行性; 密集车流占有率从0逐渐增加至5%导致斜拉桥主梁弯矩极值增幅为33.45%;某斜拉桥设计年限内的年均交通量增长率为2.8%, 对应的主梁跨中正弯矩极值超越设计标准值的概率为0.83, 高于设计要求, 需对桥梁车流量采取管控措施。      

基于移动荷载分析的沥青路面结构优化设计

为了优化沥青路面结构设计,借助大型有限元软件ABAQUS将汽车荷载简化为移动的均布荷载进行路面结构动力分析。利用正交分析方法,选择路面结构各层的厚度、弹性模量值以及泊松比等共17个因素,各因素水平为3个,由统计软件SPSS生成L64（317）的正交表,进行了64次数值模拟试验,然后根据理论知识和实际经验,选取具有代表性的12个考核指标进行综合比较和分析。最后得到了重型货车动荷载作用下动力响应最小的沥青路面结构组合。     

地震作用下盾构隧道纵向接头的受力特征

实际工程中,盾构隧道纵向接头是结构受力和变形的薄弱部位,针对盾构隧道纵向接头细部构造在地震作用下的受力特征,提出了一套由整体到局部的数值分析流程.首先建立基于纵向等效刚度梁的三维地层-结构时程分析模型,然后以该模型计算得到的纵向内力极值作为盾构隧道整环三维分析模型的外荷载,获取隧道最不利区域边界力,最后将边界力施加在盾构隧道纵向接头局部精细化分析模型之上,分析纵向接头细部构造受力特征;并以某综合管廊工程为背景对该方法进行具体阐述和讨论. 研究结果表明:地震波横向激励时,盾构隧道纵向以往复的水平弯曲为主,而纵向激励时,则以往复的竖向弯曲和纵向拉压为主;在纵向张开量最大的局部区域,不论是轴向拉力工况还是纵向水平弯矩工况,该局部区域都处于受拉状态,两种工况对该局部区域受力模式不产生本质影响;当盾构隧道纵向最大张开量的局部区域受拉时,最大拉应力区均位于管片内侧手孔部位,最大压应力区则围绕螺栓孔成环形分布.      

牵引变压器绕组温升与油流的关联性

为明确牵引负荷下绕组温升与油流速度动态变化的相互跟随性,构建了牵引变压器温升试验平台,模拟各种负荷下绕组和铁心的生热及油流循环过程,并同步测量油温、绕组热点温度以及散热器油流速度.在此基础上,建立了对应的数值计算模型,仿真求解其温度场与油流场.研究结果表明:稳态时油流速度与绕组热点温度基本呈线性关系;阶跃负荷时油流速度有一个冲击回落的过程,油流速度冲击峰值受负荷作用时间和负载系数大小影响,达到峰值时间比绕组热点温度达到峰值迟10 min;连续冲击负荷下,冲击负荷之前的温度与流速只影响绕组热点温度的绝对值,对铜油温差基本无影响.