考虑流体静压时充液圆柱壳的频散特性分析

该文研究了内部流体静压力对充液圆柱壳的频散特性的影响。静压力作为预应力计入壳体振动方程当中,壳体和流体分别采用Flügge方程和Helmholtz方程。结果表明,静压力对充液壳和未充液壳中传播波的影响一致,仅对第一支传播波有影响,并且使波数减小,周向模态数n较大时使起始频率升高;对其他各支传播波几乎没有影响。随着静压力和周向模态数的增大,对传播波的影响程度增大。     

壳体受激响应的频率／波数谱分析法

本文利用快速傅里叶变换和最大熵谱分析计算频率／波数谱，对某水下航行器中段壳体的受激响应特性进行了频率／波数谱分析，得到了振动波在该壳体中传播的波数、波速、波型和波的传播方向，与理论分析相比，结果吻合较好。     

考虑流体静压时充液圆柱壳的输入能量流特性

研究了内部流体静压力对充液圆柱壳的受迫振动能量流的影响。静压力作为预应力计入壳体振动方程当中,壳体和流体分别采用Fliigge方程和Helmholtz波动方程。分析了耦合系统在周向线分布余弦载荷下的动态响应．用傅立叶变换和反变换实现空间域与波数域之间的相互转换,采用留数定理求取系统的响应并得到耦合系统的输入能量流。结果表明,周向模态数n=0时,静压力对耦合系统的输入能量流影响很小;n较大时,在中低频下静压力使输入能量流曲线沿频率轴右移,由于输入能量流的峰值点处的频率对应于频散曲线中各支传播波的截止频率,对应传播波的截止频率升高,高频时则基本无影响。随着静压力以及周向模态数的增大,输入能量流受到的影响程度也增大。     

流固耦合作用下的注水管路流激振动噪声数值模拟

大压差工况下,船舶内部液舱自流注水时管路振动噪声问题突出。采用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程,计算分析典型工况下注水系统管内流场。考虑管内液体对管道结构振动的影响,计算注水管路的“湿模态”。以管路壁面流体压力脉动作为激励源,基于有限元法对流固耦合作用下管道结构的振动和流激振动辐射噪声进行数值模拟。对阀门上下游不同监测点的流激振动噪声频谱进行分析,探究管路流激振动噪声产生、传播和衰减规律。分析结果表明:注水系统管道结构流激振动噪声沿管道传播基本无衰减;流激振动噪声频带较宽,主频率为80 Hz;管道结构的流激振动噪声整体幅值较大,需要采取增加弹性管卡等措施进行治理。     

流固耦合作用下的注水管路流激振动噪声数值模拟

大压差工况下,船舶内部液舱自流注水时管路振动噪声问题突出。采用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程,计算分析典型工况下注水系统管内流场。考虑管内液体对管道结构振动的影响,计算注水管路的"湿模态"。以管路壁面流体压力脉动作为激励源,基于有限元法对流固耦合作用下管道结构的振动和流激振动辐射噪声进行数值模拟。对阀门上下游不同监测点的流激振动噪声频谱进行分析,探究管路流激振动噪声产生、传播和衰减规律。分析结果表明:注水系统管道结构流激振动噪声沿管道传播基本无衰减;流激振动噪声频带较宽,主频率为80 Hz;管道结构的流激振动噪声整体幅值较大,需要采取增加弹性管卡等措施进行治理。     

基于波传播分析的水下粘弹性复合圆柱壳振动功率流研究

采用波传播分析方法,讨论了外部敷设粘弹性自由阻尼材料的无限长圆柱壳在流场中受径向简谐激励的振动功率流.用复模量形式计及粘弹性阻尼的损耗因子,研究了自由阻尼圆柱壳在外激励作用下的输入功率流和沿壳体传播的功率流.结果表明粘弹性阻尼层可以明显降低激振力输入壳体的功率流,加快振动波在结构内的衰减,为潜艇结构和水下各种管道的减振降噪提供了一定的理论参考.     

圆柱壳体中振动功率流

本文研究了圆柱壳中振动功率流,分析了在不同周向波数和频率下,外载荷传递给圆柱壳中的功率流及功率流在壳体中的传播特性。理论分析表明,可以根据各内力功率流的比例来定量地确定壳体中不同波传播的成份。     

推进结构形式对艇体结构声学特性的影响

本文按艇体耐压壳在周向受到作用力的分布形式,将推力轴承与壳体间连接结构分为三类:基座式、支柱式和多分支式结构。采用结构有限元耦合流体边界元方法对具有上述不同推进结构形式的圆柱壳进行流固耦合计算,以壳体湿表面振动响应与压力分布为输入,计算获得壳体的法向速度振动功率与声辐射功率,并通过波数谱方法量化壳体各波数成分的结构波对壳体振动与声辐射的贡献,揭示了不同推进结构形式对艇体结构声学特性产生影响的机理。根据单自由度隔振理论,提出了改进支柱结构形式的措施。研究发现,支柱与多分支式推进圆柱壳的水下振动特性优于基座式推进圆柱壳,改进后的支柱式推进圆柱壳的水下振动与声辐射特性均优于基座式推进圆柱壳。     

含轴对称裂纹的圆柱壳输入功率流特性

广泛应用于船舶与海洋工程等领域的圆柱壳结构因冲击、腐蚀、交变载荷等外力作用下常出现裂纹损伤，因此，对含裂纹的圆柱壳结构的动态特性进行研究具有重要意义。对含有环向轴对称表面裂纹的无限长圆柱壳的振动与输入功率流特性进行研究，将壳体中的表面裂纹模拟为线弹簧，运用线弹性断裂力学，考虑到裂纹的张开、滑移和撕裂三种状态，建立了裂纹区域的局部柔度矩阵。分析了在周向线力作用下圆柱壳在呼吸模式下的振动与波传播特性，并讨论了壳体中的输入能量流与裂纹参数和结构参数之间的联系。结果表明裂纹的存在改变了壳体中的振动波和能量的传播特性，裂纹的位置和深度与功率流特性密切相关。     

双壳结构频散特性及聚能效应分析

以浸没在流场中的双层圆柱壳为研究对象,分析了静水压力、不同边界条件对其频散特性的影响规律。在典型壳体结构多模式频散特性分析基础上,探索双壳结构复杂激励下的能量聚集现象,初步给出了壳体能量聚集判据。结果表明:壳体4.5 MPa静压下增大了壳体高阶周向模态下低阶波的传播速度。壳体边界条件对低阶周向模态对应的无量纲振动频率影响较为显著。壳体聚能效应在低阶周向模态下较为显著;随着周向模态数增加,结构声的能量聚集现象逐渐向高频移动。     

一种新型海洋能发电轮机水动力特性研究

摘 要：海洋发电轮机所处的海上作业环境恶劣,设备易发生故障且维修困难。基于三维势流理论,并结合ANSYS-AQWA软件,对风、浪、流荷载联合作用下的海洋能发电轮机的水动力特性进行研究,得出了发电轮机在工作工况及极限工况下的运动响应特性。结果表明,浮体运动响应幅值的最大值分别发生在遭遇艏斜浪和横浪时;其中极限工况下的运动响应幅值是工作工况下的3-10倍。该装置经过循环改型后水动力性能良好,能够满足实际的工程应用,本文提出的计算方法可以作为一种快速预报装置水动力特性的校核手段,满足工程设计阶段的需求。     

糙渗系数不同的复合式斜坡堤波浪爬高计算

斜坡式海堤在正向规则波作用下的波浪爬高可按单一坡度进行计算,计算出累计频率为1%的爬高,在通过换算系数KF进行换算,得出不同累积频率的波浪爬高,从而确定斜坡堤堤顶高程。对带有平台的复合式斜坡堤的波浪爬高计算,可先确定该断面的折算坡度系数me,再按坡度系数为me的单坡断面确定其爬高。在实际工程中,带有平台的复合式斜坡堤上坡和下坡为不同护面结构,不同护面结构的糙渗系数不同,规范中公式不再适用,通过多种不同方式进行计算比对,得出较为合理的综合糙渗系数K?e进行波浪爬高计算,实现确定堤顶高程的目的。     

历史台风天气图法推算海岸工程设计波要素*

对于海岸工程设计波要素可以应用多种方法进行推算,最理想的还是要依据所能取得的资料来选择合适的方法。采用历史台风天气图法推算海岸工程设计波要素,以如东人工岛设计波要素推算为例,利用该方法推求不同重现期设计波要素。结果表明,在缺少长期实测风数据的情况下,选择历史台风天气图推算法能推算工程区设计波要素,从而为工程提供设计依据。     

Improved formula for estimating added resistance of ships in engineering applications

The authors previously introduced a semi-empirical formula that enabled fast estimation of the added resistance of ships in head waves, and in this study the formula is further refined for easy use in engineering applications. It includes an alternative ship draft correction coefficient, which better accounts for the wave pressure decay with ship’s draft. In addition, it only uses the speed and main characteristics of the ship and wave environment as input, and has been simplified to the extent that it can be readily processed using a pocket calculator. Extensive validations are conducted for different ship types at low to moderate speeds in various typical irregular sea conditions, and encouraging results are obtained. This relevant and topical research lies within the framework of the recent IMO MEPC.232(65) (2013) EEDI guidelines for estimating the minimum powering of ships in adverse weather conditions, which specify for the use of simple methods in current Level 2 assessment within engineering applications.     

一个改进的波浪增阻近似公式在船舶设计中的应用（英文）

The authors previously introduced a semi-empirical formula that enabled fast estimation of the added resistance of ships in head waves, and in this study the formula is further refined for easy use in engineering applications. It includes an alternative ship draft correction coefficient, which better accounts for the wave pressure decay with ship's draft. In addition, it only uses the speed and main characteristics of the ship and wave environment as input, and has been simplified to the extent that it can be readily processed using a pocket calculator. Extensive validations are conducted for different ship types at low to moderate speeds in various typical irregular sea conditions, and encouraging results are obtained. This relevant and topical research lies within the framework of the recent IMO MEPC.232(65)(2013) EEDI guidelines for estimating the minimum powering of ships in adverse weather conditions, which specify for the use of simple methods in current Level 2 assessment within engineering applications.     

中外斜坡堤胸墙波浪力计算对比

斜坡堤胸墙对于减轻越浪危害至关重要,国内外各胸墙波浪力计算方法的结果差异较大。基于国内外几种斜坡堤胸墙波浪力计算方法,结合工程案例和试验数据进行对比研究。结果表明:1)特定条件下,我国规范计算的水平波浪力压强分布高度远小于Jensen法和Pedersen法结果,后两法计算结果与实测高度一致。2)Jensen法和Pedersen法计算的水平波浪力及浮托力均比国内港工方法大,也大于实测值。3)港工规范计算的总水平波浪力比实测值小,其计算出的浮托力与实测值较为接近。4)Jensen法考虑了掩护棱体肩台高度的作用,Pedersen法考虑了掩护棱体肩台高度与宽度的影响。此二法考虑得相对全面,但其按深水波长计算0.1%超越概率的波浪力,计算结果偏于保守。5)建议重要工程以模型试验结果为准。     

改善进港航道引起港内波能聚集问题的研究

进港航道在口门引起波能聚集,对港内泊稳条件产生不利影响,采用适当工程措施可使该情况有所改善。文中结合某工程实例探讨了包括增加防波堤、清除浅滩和调整航道轴线的三种工程方案,并通过基于Boussinesq方程的波浪数学模型进行了对比试验,结果表明各方案均能达到缓解波能聚集、改善泊稳条件的目的,但改善效果存在一定差异。最后还对试验中采用单方向和多方向波的结果进行了初步对比探讨,对于航道波能聚集影响港内波况的问题,采用单方向不规则波的试验结果将偏于危险。     

单方向不规则波模拟与统计中的几个问题

单方向不规则波,由于其过程的随机性,在模拟中经常遇到波谱类型,模拟时间长度及初始相位的选定等问题,文中结合模拟统计与实践经验对其中几个问题进行了探讨,提出了在模拟研究中应对特征周期进行统计、用伪随机数优化缩短模拟时间等结论。     

印尼ADIPALA海域较长周期波浪谱分析

波浪谱是进行海岸工程设计的重要基础,不同海区、不同周期的波浪谱特性不同,因此有必要对于实际海上观测波浪的谱特性进行分析研究。针对在印尼海岸观测的较长周期波浪数据进行了波浪谱分析,给出谱特征参数与海浪统计特征值之间的关系。并基于JONSWAP谱型,对实测波浪谱进行拟合,得出适用于该海域的波浪谱公式,研究成果可为实际工程设计提供重要的参考。     

1/4 圆弧面沉箱防波堤设计分项系数研究(英文)

The quarter-circular caisson breakwater (QCB) is a new type of breakwater, and it can be applied in deepwater. The stability of QCB under wave force action can be enhanced, and the rubble mound engineering can be less than that of semi-circular breakwaters in deepwater. In order to study the wave force distribution acting on the QCB, to find wave force formula for this type of breakwater, firstly in this paper, the distribution characteristics of the horizontal force, the downward vertical force and the uplift force on the breakwater were gotten based on physical model wave flume experiments and on the analysis of the wave pressure experimental data. Based on a series of physical model tests acted by irregular waves, a kind of calculation method, which was modified by Goda formula, was proposed to carry out the wave force on the QCB. Secondly, the reliability method with correlated variables was adopted to analyze the QCB, considering the high correlation between wave forces or moments. Utilizing the observed wave data in engineering field, the reliability index and failure probability of QCB were obtained. Finally, a factor Q=0.9 is given to modify the zero pressure height above SWL of QCB, and wave force partial coefficient 1.34 to the design expressions of QCB for anti-sliding, as well as 1.67 for anti-overturning, were presented.