基于时谐电偶极子模型的舰船轴频电场衰减规律研究

由于舰船轴频电场在浅海环境下传播距离较远,因此成为舰船探测的特征信号源。本文基于时谐电偶极子模型,通过数值仿真对舰船轴频电场衰减规律进行研究。结果表明,海底平面上,舰船轴频电场纵向分量随距离的衰减速率要小于横向分量,轴频电场沿横向的衰减速率要大于其沿纵向衰减速率。17 Hz频段内,轴频电场衰减受信号频率影响较小。海底平面上,轴频电场衰减速率随着海床电导率增大而明显增大。     

海洋环境电导率对舰船水下电场特性的影响

利用直流电偶极子阵列模型和时谐电偶极子分别计算了舰船稳恒电场和轴频电场随海洋环境电导率的变化情况。结果表明,舰船电场随着海水电导率增大而减小,低电导率海水的电场幅度要明显高于高电导率海水。高阻海床对电流具有排斥作用,导致深海环境下舰船电场水平分量要小于浅海环境下电场水平分量,垂直分量则大于浅海环境下垂直分量,并且水平分量幅度随着海床电导率的增大而减小,垂直分量幅度随海床电导率的增大而增大。因此,对实测数据进行处理时,必须考虑海洋环境电导率参数,采用空气—海水—海床3层模型研究舰船电场分布。     

舰船轴频电场衰减规律的实验验证

舰船电场的轴频信号分布在1～7 Hz,且存在明显的谐波成分,因此其在浅海环境中能传播较远距离,从而成为舰船的特征信号之一。本文基于时谐电偶极子模型,在海上测试了电场信号源的衰减规律。通过对试验数据的分析可知,水深为16 m时,1.06 Hz,1.94 Hz以及3.22 Hz交变电场纵向分量在海底平面沿纵向随距离分别呈1.91次方、1.91次方和1.88次方衰减,很好地验证了理论数值计算的正确性。     

舰船腐蚀静电场在海水中的传播规律研究

为了利用舰船腐蚀静电场对舰船实现跟踪和定位,需要了解舰船腐蚀静电场在海水中的传播规律。采用三维边界元法建立潜艇腐蚀静电场模型,研究海水中水平方向、深度方向和斜 45°方向上传播距离对舰船静电场的影响,分析静电场 Ex,Ey 和 Ez 分量在水下 20 m 处水平方向的分布规律和其在 3 个方向上的水下传播规律。仿真结果表明：在水下 20 m 处水平方向上 Ex 和 Ez 关于垂直面对称分布,Ey 关于垂直面反对称分布;在 3 个方向上静电场分量随着距离的增加不断减小,Ex 在 3 个方向上信号强度最大,可作为舰船定位和水中武器的目标信号。     

水中目标在外场源激励下的水下磁场计算

为便于分析水中目标在外部电磁场激励下的水下电磁场,本文以导电导磁球体为模型,分析其在无限大海水中谐变均匀磁场激发的水下磁场响应特征。从结果可知,响应磁场和响应电场与外部激励源磁场幅值成正比,即外场源幅值越大,产生的响应磁场幅值越大,越有利于探测;磁场x,z分量随着正横距的增加而减小,y分量随着正横距的增加是先增大后减小;磁场三分量随着频率的增加而减小,而10 Hz以下频率磁场三分量幅值衰减很小。     

分层海水环境中水下电场衰减规律和分布特性研究

根据海上实测海水电导率参数,建立空气—分层海水—海床5层海洋环境模型。基于传统的水平电偶极子空气-海水-海床3层介质模型中水下电场衰减规律和分布特性,通过对海水进一步分层的多层介质模型构建数学模型,进行理论推导和仿真计算,给出场源强度为1A·m,深度为4 m,频率为1 Hz时电场在不同水深处的空间分布及正下方Y=0测线上的水下电场分布。结果表明,随着水深的增加,电场X分量与电场Z分量之比是增加的;在海水-海床界面上,测线上电场Z分量最大值约为电场X分量最大值的1/4,电场Y分量最大值相对Y=0处有一定的偏移。从衰减曲线可以看出,在60～500 m范围内电场X分量和电场Z分量沿径向随距离呈3次方衰减。     

四分层媒质中垂直时谐电流产生的电场

为了研究舰船螺旋桨转动产生的轴频电场在浅海中的分布规律,在麦克斯韦方程理论基础上推导了四分层媒质中垂直时谐电流在本层导电媒质中产生的电场理论公式,并通过数值方法仿真分析了电场强度三分量的空间分布规律以及与海底电导率的关系。结果表明,电场纵向分量呈双峰对称分布,而横向和垂向分量呈单峰对称分布,当场源距离较大时海底电导率大小对场强影响十分明显,电导率越小水平方向场强越大而垂直方向场强越小。     

舰船水幕喷头结构优化设计及性能分析

针对传统舰船水幕喷头射程短、覆盖面积小的问题,本文通过对其内部结构优化设计,采用CFD软件数值模拟,研究其工作过程中气体和液体的两相流动,计算得到喷头射流水幕的速度分布、流量、流量系数等喷射性能参数,获得其喷射规律和特性。分析表明:沿喷头出口轴线方向,水流速度随距离增加而减小,速度衰减速率也在减小;同尺寸大小喷嘴,水流出口速度随压力增大而增大;经优化设计后的水幕喷头可以显著提升喷射性能。研究结论对于工程设计具有重要的参考价值和指导意义。     

舰船水幕喷头结构优化设计及性能分析

针对传统舰船水幕喷头射程短、覆盖面积小的问题,本文通过对其内部结构优化设计,采用CFD软件数值模拟,研究其工作过程中气体和液体的两相流动,计算得到喷头射流水幕的速度分布、流量、流量系数等喷射性能参数,获得其喷射规律和特性。分析表明:沿喷头出口轴线方向,水流速度随距离增加而减小,速度衰减速率也在减小;同尺寸大小喷嘴,水流出口速度随压力增大而增大;经优化设计后的水幕喷头可以显著提升喷射性能。研究结论对于工程设计具有重要的参考价值和指导意义。     

闸墙长廊道侧支孔船闸阀门运行方式优化试验研究

船闸阀门开启时间对闸室通航效率、输水廊道压力和闸室停泊条件等产生影响,针对阀门运行方式优化问题,采用物理模型试验对船闸进水口水位、阀门段输水廊道压力特性、闸室和下引航道内船舶系缆力等水力特性进行分析,结果表明：闸室和下引航道内前横、后横和纵向3个方向的船舶系缆力均随阀门开启时间增大而减小,且纵向船舶系缆力大于横向船舶系缆力。随着阀门开启时间增加,充水时阀门段输水廊道压力先减小后增大,泄水时则逐渐增大。综合考虑当阀门开启时间为6 min时船闸整体运行效果较好,该成果可为实际船闸运行提供技术支撑。     

小水线面船搁浅问题的有限元分析

分析了小水线面船搁浅研究的方法,描述了小水线面船的搁浅模式,采用有限元方法对小水线面船搁浅问题进行了数值仿真计算.计算结果表明,从能量角度出发,小水线面船搁浅过程中各构件所吸收的能量不同,外板和横框架是最主要的吸能构件,其次是纵骨,而舱壁板吸收的能量最少.因此,在考虑提高小水线面船的抗搁浅性能时应从加强外板和横框架开始.     

基于两个特殊电场平面的目标定位技术

针对水下目标物理特性被人为削弱或消除所造成的目标定位困难的问题,根据求解的混合电偶极子在海水中的电场分布的解析表达式,从理论上证明混合电偶极子的电场分布中两个具有重要实际意义的电场平面的客观存在,即电场垂直分量的过零面以及电场水平分量的极值面;并采用电磁场有限元分析软件Ansoft进行仿真,仿真结果与理论推导结果吻合,表明两个特殊平面的理论推导是正确的,可为利用这两个特殊电场实现目标定位奠定基础。     

FDPSO气体泄露扩散规律数值模拟研究

应用流体动力学理论,通过数值模拟得到了浮式钻井生产储卸油装置(FDPSO)泄露速度、泄露位置、环境风速等因素对气体扩散分布的影响。结果表明,定风速下,气体扩散速度水平方向较垂直方向大,平面内横向较纵向大;不同泄露位置下,气体的扩散分布则主要取决于FDPSO的设备布置情况;不同泄露速度或风速下,气体浓度有着先升高后稳定的变化趋势。同时依据模拟分析结果进行了FDPSO油气处理模块安全逃生路线设计。     

大型油船结构优化设计研究进展

综述了大型油船结构设计的特点;从中剖面纵向构件优化设计、横向构件优化设计及横舱壁结构优化设计三方面评述了国内油船结构优化设计的现状;对国外船舶结构优化设计的进展也作了评述;最后指出大型油船结构优化设计尚需进一步研究的若干问题。     

局部加强的含裂纹板应力强度因子分析

对含裂纹板局部焊接加强板条的断裂问题进行了分析计算.考虑加强板条的横向刚度和纵向刚度的影响,将加强板条对裂纹板的作用力离散化为作用在沿加强板条方向的有限个作用点处,由含裂纹板的复应力函数解法进行求解.文中分别就加强板条位置和加强板条相对刚度对裂纹板加强作用的影响进行了计算分析.计算结果表明,加强板条纵向刚度对降低裂纹板的应力强度因子起主要作用,提高加强板条刚度有利于降低结构应力强度因子,提高结构承载能力.     

轴向板条对海洋立管涡激振动抑振的数值研究

涡激振动是一种在海洋工程领域普遍存在的流固耦合物理现象,易导致海洋立管等结构物发生疲劳损伤或失稳。本文为抑制涡激振动而提出一种附加轴向板条的方案,采用非定常流体数值计算方法求解分析不同分布形式下的轴向板条对海洋立管涡激振动特性的影响。首先定义轴向板条的分布形式;采用Newmark-β法求解立管双自由度振动方程并编写UDF,计算采用k-ω/SST湍流模型,并结合动网格技术模拟立管的振动过程。研究结果表明,轴向板条对海洋立管具有较好的抑振效果;当轴向板条数目n=20时,流向振动幅度减小78.57%,横向振动幅度减小58.10%。本文研究结果可为海洋结构物涡激振动的抑振提供参考。     

独立罐型LNG船温度场分析及应用

以某安装B型独立罐的液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)船为例,按照《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》(简称《IGC规则》)、美国海岸警卫队(USCG)规则(简称USCG规则)和船级社规范的相关要求,研究该船的温度场计算方法和流程、材料导热系数和对流系数的取值及纵向构件、横向强框和横舱壁的温度场分布。分析该船在《IGC规则》和USCG规则环境工况下的温度场分布和钢等级选取,研究该船LNG日蒸发率的计算,得出对独立罐型LNG船的温度场分析和应用有意义的结果。     

A numerical study on piezoelectric energy harvesting by combining transverse galloping and parametric instability phenomena

This paper aims to numerically investigate the effects of parametric instability on piezoelectric energy harvesting from the transverse galloping of a square prism. A two degrees-of-freedom reduced-order model for this problem is proposed and numerically integrated. A usual quasi-steady galloping model is applied, where the transverse force coefficient is adopted as a cubic polynomial function with respect to the angle of attack. Time-histories of nondimensional prism displacement, electric voltage and power dissipated at both the dashpot and the electrical resistance are obtained as functions of the reduced velocity. Both, oscillation amplitude and electric voltage, increased with the reduced velocity for all parametric excitation conditions tested. For low values of reduced velocity, 2:1 parametric excitation enhances the electric voltage. On the other hand, for higher reduced velocities, a 1:1 parametric excitation (i.e., the same as the natural frequency) enhances both oscillation amplitude and electric voltage. It has been also found that, depending on the parametric excitation frequency, the harvested electrical power can be amplified in 70% when compared to the case under no parametric excitation.     

冰区加强LNG船舷侧抗撞性能仿真研究

航行于北冰洋海域的LNG船必须具备抵抗冰山撞击的能力。针对LNG船纵骨架式和横骨架式冰区结构加强方案,开展比较分析,评价LNG船舷侧抵抗冰山撞击的能力。根据CCS规范对LNG船舷侧分别进行纵骨架式与横骨架式冰区加强设计。利用有限元数值仿真技术和LS_DYNA软件,模拟冰山撞击LNG船舷侧场景,得到船体结构变形、碰撞力和能量吸收等结果。研究发现：横骨架式在相邻强横肋位之间结构较弱,纵骨架式表现出更好的抗冰撞击性能;冰带加强骨材在抵抗冰载荷过程中发挥重要作用;在提高抗冰撞击性能的前提下,纵骨架式加强方案拥有更佳的经济效益。