基于粘性无反射数值波浪水池研究波浪作用下双浮体共振问题

对于存在小间隙的双浮体系统在波浪作用下的共振问题,传统的势流模型由于忽略了流体粘性的影响,往往会严重高估共振现象。鉴于此,论文通过在不可压缩粘性流体的N-S方程中添加质量源项和阻尼项,建立了粘性无反射数值波浪水池,并基于此数值水池对不同频率波浪下的二维和三维双方箱形浮体的水动力特性进行模拟研究。结果表明,对于二维双浮体,论文方法能够准确地对间隙内的波高、作用在浮体上的波浪力及其共振频率进行预报;在共振频率附近,传统势流模型忽略了粘性的影响,相比论文方法会高估间隙内的波高以及波浪力。对于三维双浮体,势流和粘流结果的差异明显小于二维时两者的差异。对比二维和三维结果可以发现:二维双浮体受到的水平和垂向波浪力均存在强烈的共振现象;而三维双浮体受到的垂向波浪力不存在共振现象,而是随入射波频率的增加而单调递减。     

超大型浮体的水弹性响应分析

针对海上超大型浮体与波浪相互作用这一流固耦合问题,把超大型浮体简化为二维薄板,应用特征函数展开法求解流场速度势,采用正弦模态函数对结构运动进行模态展开分析,计算浮体的水弹性响应。     

海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析——基本理论

将考虑到二阶的流场压力在浮体瞬时湿表面上积分，得到用于非经恶性水弹性理论分析的广义一阶流体作用力和广义二阶流体作用力，广义一阶流体作用力中的波浪激励力，辐射力和恢复力和线性水弹性理论中的广义流体力具有相同的形式，仅比线性水弹性理论多了一项，反映了由刚体的转动引起的对一阶流体恢复力的影响，广义二阶流体力由五部分组成，即：与人射势和反射势有关的广义二阶波浪激励力，与辐射势有关的广义二阶辐射力，由辐射势与入射势及反射势的耦合引起的广义二阶力，由于湿表面的移动引起的一阶流场静态压力对广义二阶流体力的贡献，以及由于瞬时湿表面积的变化引起的广义二阶力，同时推导了不规则波中的广义一阶及二阶流体动力系数的表达形式。建立了在不规则波中航行浮体的线性和非线性水弹性运动方程，给出了求解方法，后续文章中将给出海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析的部分数值计算结果。     

超大型浮体模块水弹性响应和结构强度分析

水弹性方法针对超大型浮体的刚度特点,充分考虑了结构变形与流体运动的相互作用,是进行结构安全性分析的有效手段。文章采用水弹性分析方法研究了超大型浮体单模块总体波浪载荷以及结构应力响应。首先基于三维有限元方法分析了模块在真空中的总振动模态,然后结合模态叠加法和边界元法计算了模块在流场里面的谐振和模态响应。在此基础上,研究了各模态下结构的应力响应以及总应力响应,并分析了危险载荷工况,评估了超大型浮体单模块的结构强度,研究结果对超大型浮体单模块结构优化设计和安全性评估具有一定的指导意义。     

近岛礁地形影响下的浮式平台运动响应

近岛礁附近的地形一般呈现高低不平的状态,水深从几十米到几米不等。远场波浪向近岸传递过来时在礁盘上会经过复杂的演化,使得浮体附近的波浪呈现一定的非均匀性,不同于常规的长峰规则波,同时礁盘的起伏变化会对波浪中的浮体的运动产生影响,最终使得浮体在复杂地形下的水动力运动响应不同于一般均一水深下的浮体响应。该文通过建立浮体和礁盘地形的耦合水动力模型,计算了礁盘对浮体入射波力、绕射力、辐射水动力系数以及运动的影响,同时与水池模型试验对比了浮体运动,两者较为一致。研究表明复杂地形对浮体的水动力运动存在较大的影响,在某些周期附近会增大浮体的运动响应,因此需要理性考虑复杂地形对浮体的影响。     

并列双圆柱绕流的动力学模态分解

本文对双圆柱绕流的卡门涡街现象进行了非稳态数值仿真,使用动力学模态分解方法(dynamic mode de?composition,DMD)对仿真得到的圆柱绕流涡量数据进行了分析和流场预测,研究了不同奇异值截断阶数对预测效果的影响.结果表明:利用DMD方法可以较准确地获得非稳态流动过程中涡量数据的模态结构和对应模态的频率、振幅;与稳定的周期阶段相比,用DMD方法分析处于不稳定周期阶段的圆柱绕流流场特征较困难;增加截断的奇异值数目在完善流场特征的同时也可能造成流场还原效果变差.     

海底地形对浮体慢漂响应的影响研究

浮体在波浪中的运动经常受到海底地形的影响,文章基于势流理论,采用高阶边界元方法计算海底地形对浮体慢漂运动响应的影响,计算中充分考虑了海底地形在波浪传播中对其的绕射影响。计算结果表明,变浅的海底地形会导致波浪场的波高增加,浮体运动响应增大,分别对浮体相对海底地形不同位置时浮体受到的波浪力和运动响应进行了定性及定量的分析,分析了浮体相对海底地形不同位置时浮体的水动力特性及运动特性,说明为了更准确模拟近岸或者离岸线性约束浮体的水动力情况,海底地形的影响不能忽略。     

基于高阶边界元法和波浪交互理论的三维相邻多浮体问题研究

在解决三维相邻多浮体的水动力问题时,正确处理各浮体之间的相互作用是分析计算的关键所在。文章分别运用高阶边界元法和波浪交互理论对一个由箱型浮体组成的三维多浮体问题进行求解,通过对比分析浮体所受波浪力和水下表面压力分布结果,验证两种方法计算结果的精确度,研究该模型的水动力特点;并通过改变各浮体之间的距离,寻求波浪交互理论在求解三维多浮体问题中的适用性,对该方法在浮体间距不满足限制条件时的计算结果进行解释。     

双船间隙水体运动特性及水体阻尼修正研究北大核心CSCD

[目的]旨在修正势流理论在计算小间隙双浮体系统时由于无黏假设导致的结果失真现象,研究间隙水体的运动响应特性。[方法]建立过驳双船系统CFD数值计算模型,分析间隙水体的响应特点及机理。之后将CFD计算结果与势流理论计算结果进行对比,获得准确的双船间隙水体修正阻尼系数,从而修正势流理论的计算结果。[结果]结果表明,不同频率的波浪通过双船间隙时波面升高变化趋势不同,对于低频波浪,入射波不能穿过双船间隙,间隙的波面升高小于入射波的波幅;对于高频波浪,入射波可以从双船的间隙穿越,间隙内波面升高大于入射波的波幅;在特定波浪频率下,双船间隙存在一个高速区域,对应的双船内侧动水压力降低,产生较大的吸力,可能对过驳作业造成不利影响。[结论]通过上述方法得到了更为准确的间隙水体修正阻尼系数,为过驳双船系统的高精度、快速水动力及运动性能计算提供了指导。     

分层海模式中内波对潜体的作用力

以近似潜艇的细长回转体为模型,在线性分层海模式的不同水深和模态中,利用边界元方法计算了内波对潜体的一阶垂荡波浪力和一阶纵摇波浪力矩。结果表明:潜体受到内波荷载的数值与入射波的频率和模态数以及其所处的水深有关。     

Hydrodynamics of a body floating in a two-layer fluid of finite depth. Part 1. Radiation problem

A linearized 2-D radiation problem was considered for a general floating body in a two-layer fluid of finite depth. A boundary integral-equation method was developed for directly computing the velocity potential on the wetted surface of a body which is immersed in both the upper and lower layers as a general case. To do this, appropriate time-harmonic Greens functions were derived, and an efficient numerical method of evaluating those functions is proposed. Based on Greens theorem, hydrodynamic relations such as the energy-conservation principle were derived theoretically for a case of finite depth, and we confirm that those relations are satisfied numerically with very good accuracy. Experiments were also carried out using water and isoparaffin oil as the two fluids and a Lewis-form body. Measured results for the added mass, the damping coefficient, and the amplitude of the generated waves are compared with the computed results, and a favorable agreement is found.     

Hydrodynamics of a body floating in a two-layer fluid of finite depth. Part 2. Diffraction problem and wave-induced motions

A linearized two-dimensional diffraction problem in a two-layer fluid of finite depth was solved for a general floating body and relevant wave-induced motions were studied. In a two-layer fluid, for a prescribed frequency, incident waves propagate with two different wave modes. Thus the wave-exciting forces and resulting motions must be computed separately for each mode of the incident wave. The boundary integral equation method developed by the authors in the Part-1 article was applied to directly obtain the diffraction potential (pressure) on the body surface. With the computed results, an investigation was carried out on the effects of the fluid density ratio and the interface position on the wave-exciting forces on the body and the motions of the body, including the case in which the body intersects the interface. By a systematic derivation using Green's theorem, all the possible reciprocity relations were derived theoretically in explicit forms for a system of finite depth; these relations were confirmed to be satisfied numerically with very good accuracy. Experiments were also carried out using water and isoparaffin oil as the two fluids and a Lewis-form body. Measured results for the sway- and heave-exciting forces and the heave motion were compared with the computed results, and a favorable agreement was found.     

The asymptotic field of a dynamically growing crack in a viscoelastic materia

A mechanical model of a fracturing viscoelastic material was developed to investigate viscous effects in a dynamically growing crack-tip field. It was shown that in the stable creep-growing phase,elastic deformation and viscous deformation are equally dominant in the near-tip field,and stress and strain have the same singularity,namely,(σ,ε ) ∝ r?1 /( n?1) . The asymptotic solution of separating variables of stress,stain and displacement in the crack-tip field was obtained by asymptotic analysis,and the resulting numerical value of stress and strain in the crack-tip field was obtained by the shooting method and the boundary condition of a mode I crack. Through numerical calculation,it was shown that the near-tip fields are mainly governed by the creep exponent n and Mach number M . When n →∞,the asymptotic solution of a viscoelastic material can be degenerated into that of Freund's elastic-ideally plastic material by analyzing basic equations.     

计及初挠度的圆柱壳开孔结构极限承载能力研究

主要研究了一致缺陷模态和局部缺陷模态两种初挠度形式对圆柱壳开孔结构极限承载力的影响。在通用有限元软件中建立了相应的模型,对施加了不同缺陷幅值初挠度的圆柱壳开孔结构进行了非线性极限承载计算,分析了开孔区域附近结构的塑性扩展情况,获得了结构对初挠度幅值的敏感度。此外还研究了开孔区域加强构件的几何参数对结构极限承载能力的影响。     

一种新型的三角形双模带通滤波器的研究

在传统的三角形双模微带带通滤波器的基础上，提出一种新型的双模微带带通滤波器结构，并对该结构及其滤波性能进行研究和分析。利用上述分析结果，设计一个中心频率为2．3GHz的滤波器实物，实测结果和仿真结果基本吻合，验证了研究结果的一致性。     

一种新型焊接机器手系统的设计

机器手在许多工业生产领域都得到了应用,该文提出了机器手几种典型和特殊的运动方式．通过分析焊接机器手系统的组成,设计了机器手的整体控制系统．考虑到焊接机器手的特殊性,总结了这类系统中常用的输入输出信号．     

半潜平台推力器失效模式下的动力定位能力分析

动力定位能力分析对于推力器选型和推力器的配置选型,以及对于一条新设计的动力定位船舶的定位能力的初步检验具有重要意义。动力定位能力分析能够得到船舶在各个艏向角抵抗环境力的能力。文章通过自主开发的程序研究了半潜平台在推力器失效模式下的定位能力,对该程序中的推力分配方法进行了详细的阐述,并对某半潜平台的动力定位能力分析验证了该程序的可行性。研究推力器失效时船舶的动力定位能力,不但可以验证船舶定位时的安全性,而且还可以为推力系统的设计提供适当的建议。     

3 000吨级中国海监船锚机基座强度分析

以3000吨级中国海监船为例,采用有限元方法对该船锚机基座及甲板下加强结构在两种加载方式下的强度进行分析比较。根据计算分析,提出提高计算结果可信度的合理建议。     

一种DVSC设计方法在舰船航向控制中的运用

运用变结构的理论和设计方法对舰船航向的问题进行离散变结构设计，对准滑动模态的存在条件进行了分析和研究，运用基于离散变速趋近律的变结构控制设计方法对舰船航向进行了研究和设计，运用仿真证明了设计的有效性。     

实施超越式登陆兵力编组模式优化比较分析

首先提出了登陆兵力在实施超越式登陆作战中最有可能采用的梯队式和群队式两种兵力编组模式,随后在特定假设条件下运用兰彻斯特方程模型计算出这两种编组模式各自的作战效能消耗情况,并对结果进行比较分析,最后得出了实施超越式登陆兵力编组的最优模式。