U型防波堤与波浪相互作用的数值模拟

半淹没式固定U型防波堤,通过在自由水面附近设置挡浪结构增加能量耗散而达到降低港内波浪的目的;为了减小U型防波堤波浪反射,在其左侧设置成可渗透型沉箱。本文基于Navier-Stokes方程,采用k-ε模型封闭雷诺方程,以spatially-averaged方程作为孔隙流的控制方程,用VOF方法跟踪自由表面,建立了波浪与建筑物相互作用的数学模型,采用该模型模拟了规则波入射时波浪与可渗透型U型防波堤的相互作用,针对不同尺寸U型防波堤,进一步讨论了U型防波堤对波浪传播中反射和透射的影响。     

船体结构T型接头焊接变形数值模拟研究

船体结构的焊接变形控制,在很大程度上决定船舶的建造质量和生产效率,影响着我国造船精度管理和控制技术的推广和应用;T型接头是船体板架结构中最典型、同时也是数量最多的接头形式,通过对不同焊接速度、不同焊脚长度影响因素下,焊接热输入量的有限元分析,对焊接所产生的固有应力、应变进行模拟计算,从而得出了相应的纵向、横向焊接变形,为T型接头焊接变形的有效控制提供了准确的数据,研究成果为我国现代造船模式的建立、造船精度控制产生积极作用。     

船舶结构T型接头焊接变形数值模拟研究

基于ANSYS WORKBENCH有限元软件,建立了某集装箱船T型焊接接头的热-弹塑性有限元模型.通过顺序耦合的计算方式,对接头的焊接温度场、焊接残余应力及变形进行了数值模拟.最后将数值模拟结果与试验结果进行比较.研究结果表明:数值模拟计算得到的T型接头横向位移和纵向位移与试验结果相符合,所建立的数值模拟模型较准确地预报了 T型接头的焊接变形情况.     

结构动态稳定性数值模拟研究

采用有限元方法计算了加筋板在流固冲击下的动态稳定性,研究的目的是对舱壁结构受水下爆炸冲击时的动态稳定性提供参考和依据.详细分析了影响加筋结构动态屈曲的各种因素:加筋与筋的厚度、初始几何缺陷的形式与大小、冲击载荷的脉宽和幅值、边界条件、筋的分布以及板的厚度.在分析研究的基础上提出了改善加筋板抗失稳的方法,以利于工程设计中具体应用.     

自卸臂箱型结构的风载荷数值模拟研究

以29 800 t大湖型自卸散货船的自卸臂为例,利用计算流体软件Fluent,对不同的长高比L/h、表面粗糙度及不同速度情况下的自卸臂箱型结构进行数值模拟。分析比较计算结果,得出风力系数在不同的长高比和表面粗糙度的变化,为后续的自卸臂风阻计算提供参考依据。     

大型船舶结构吊装数值模拟研究

提出描述吊装所引起变形程度的物理量:变形量和变形率,并阐述这2个物理量的概念及运用实例。运用数值仿真方法对18万t散货船的舷侧总段及机舱大总段的吊装过程进行模拟,参照结构吊装安全准则优化舷侧总段吊装加强,将优化成果运用到实际生产中,取消原来的圆管加强,减少安装、拆除的工程量,提高生产效率;在有限元计算的基础上,模拟不同工况下机舱大总段整体结构的受力情况,并对计算结果进行分析。结果表明:机舱大总段结构在起吊上升及移位2个阶段的应力和变形超出了安全范围,需采取应对手段。对机舱总段吊装进行数值模拟有利于实现总段大型化、保证吊装的安全性;同时,可提高总段的完整性,使许多坞内工程陆地化,为缩短船坞周期提供理论依据。     

基于混合RANS-LES方法的三维U型弯管内部流场数值模拟

以三维U型弯管内部复杂的流动为对象,分别采用IDDES、SBES以及曲率修正后的SBES模型对弯管中的流动进行了数值模拟,对比分析了轴向速度、摩擦阻力系数和压力系数的试验和数值模拟结果.研究表明,SBES模型相对于ID-DES模型有更好的模拟精度,且SBES模型的三类亚格子尺度模型中,WALE模型可以更为准确地模拟三维U型弯管内部流场特征.同时,曲率修正对SBES模型所得的轴向速度、摩擦阻力系数和压力系数数值模拟结果都有一定的改善效果.     

管板组合结构拉森型锁扣咬合数值模拟研究*

针对管板组合结构振打施工过程中的拉森型锁扣容易被撕裂的问题,依托管板组合桩结构形式的尼日利亚莱基深水港码头工程,采用有限元方法对管板组合桩拉森型锁扣拉伸、扭角、倾斜3种咬合情况进行受力仿真研究。结果表明：管板锁扣咬合精度越低,锁扣咬合应力越大,对拉森型锁扣产生越不利的影响,并提出管板锁扣在不同咬合状态下偏移、扭角、垂直度等精度参考限值。最后建议加强对管-板桩沉桩工艺的研究,提高沉桩精度控制与监测,降低锁扣不利的咬合应力,减小锁扣撕裂风险。精度参考限值可为管板组合结构施工技术标准提供依据,以及为提高管板组合结构施工质量提供重要参考。     

U型水舱结构阻尼对减摇性能影响的数值计算研究

水舱的结构阻尼是影响减摇效果的重要因素之一,目前阻尼最常用的研究方法是模型衰减试验。文章在验证了数值方法准确性的基础上,通过基于VOF方法全尺度CFD数值计算,比较了3种不同阻尼结构的水舱周期和阻尼的变化,并在此基础上进行强迫振荡模拟,对比3种结构的水舱抗摇力矩及其相位的变化,最后提出了一种基于数值计算的评估水舱在规则波中减摇效果的方法,结果表明该评估方法能够很好地反映阻尼结构对水舱减摇效果的影响,在水舱的设计中可作为阻尼结构的设计依据。     

具有不同周向位置U型凹槽的圆柱涡激振动特性数值模拟研究

基于CFD和CSD的双向流固耦合方法和重叠网格法对裸圆柱和U型凹槽圆柱涡激振动特性进行数值模拟研究,对比分析不同周向位置凹槽对圆柱振动响应、振动频率、水动力系数以及尾流旋涡脱落模式的影响,探明不同周向位置凹槽对圆柱涡激振动产生抑制或促进作用的约化速度范围.研究结果表明,45°凹槽在低约化速度U*=2.0～8.0内能有效降低圆柱的横流向振动和升力幅值,而在高约化速度U*=9.0～14.0内,将增大圆柱横流向振动和升力幅值;90°凹槽在U*=7.0～11.0内能显著降低圆柱横流向振动幅值,而在U*≥12.0时,圆柱横流向振动幅值逐渐增大并大于裸圆柱,且振动响应主要表现为多频、宽频振动特征;135°凹槽圆柱横流向振动幅值整体上大于裸圆柱,升力系数均方根和阻力系数均值的变化规律与裸圆柱相似;45°、90°和135°凹槽圆柱阻力系数均值与裸圆柱相比分别降低28.39％、35.80％和6.79％.45°和135°凹槽圆柱尾流旋涡脱落模式与裸圆柱相似,均存在SS、2S、2T以及2P模式,在90°凹槽圆柱尾流旋涡脱落中没有发现2T和2P模式,但存在2C模式.     

燃气轮机进气系统过滤结构数值模拟研究

针对某型燃气轮机陆上试验的进气系统,布置不同过滤结构模型,采用CFD数值模拟计算方法,分析了三种过滤结构对进气系统流场、燃机进口空气速度均匀性、总压损失等参数影响。结果表明：在低进气流量下,过滤结构产生的总压损失占据主导位置,随着进气流量的增加,进气室稳压室向燃机进口直管收缩产生的压损更为明显。两侧分布式过滤结构降低了燃机进口空气速度的不均匀度,并有效降低了总压损失。     

振荡水柱气室结构优化设计对比

波浪进入振荡水柱气室的能量转换流体动力学性能影响波浪能捕获效率,以方形和圆柱形两种类型的底部开口空心腔室气室为对象建立4种结构模型,分析入射波浪进入气室引发的波浪振荡特性和腔室内的气动特性。基于计算流体力学软件构建三维数值波浪水槽VOF模型模拟分析振荡水柱引起的气室内顶端压强,对比气室压强模拟计算获取的4组数据,结果表明,前后壁不对称方形气室的波浪能量收集效率较高。单一参数获得4种气室模型共28组仿真数据,比较分析入射波高及前墙入水深度等参数变化对气室内液面波动和压强的影响。     

T型墩消力池的数值模拟研究

文中对T型墩消力池建立了三维数值模型,采用了非均匀结构化网格对模型进行了网格划分,利用Realizablek-ε紊流模型和VOF法结合的手段对其三维流场进行了仿真计算,模拟出了不同阻宽率下T型墩消力池内的水流流场,分析计算结果可知,阻宽率越大,雍水效果会越明显,但较大的阻宽率造成水流的雍堵反而会影响消能效果,而且阻宽率较大的T型墩消力池易在T型墩支腿处产生负压。     

闭口帽型薄壁梁结构碰撞性能的数值模拟

对汽车碰撞中对碰撞能量吸收起重要作用的典型截面的薄壁梁进行了碰撞性能行的有限元仿真,并分析了仿真结果。本文讨论了建模中的单元算法选择、接触－碰撞算法、点焊的处理和摩擦问题。本文还将有限元仿真结果和试验结果进行了比较,可以看到结果是一致的。     

结构损伤识别的数值模拟

为了找到一个对小损伤较敏感的参数,在结构自由振动微分方程基础上,结合损伤结构的测试数据(用有限元模型的计算结果来模拟),得到残余向量,利用广义逆和矩阵投影定理,导出了一个具有很好识别效果的参数:残余向量投影范数.从中很容易确定出损伤单元,进而计算出这个损伤单元的损伤因子即损伤程度.通过算例分析,发现该参数对结构中损伤非常敏感,能识别出结构中的微小损伤,而且不受损伤位置的约束,仅需要结构的前几阶模态就能达到很好的效果.     

某型船锁气室通风量设计研究

文章通过模型试验结合工程分析的方法,提出一套对锁气室风量设计优化选择的流程。建立1∶1的锁气室模型,对不同风量下污染物变化情况进行试验,初步获得各风量下浓度变化情况。在试验的数据基础上,结合工程实际情况,从造价因素、安装因素和人员流动三个方面进行分析,选择实船适用的风量。     

T型焊接接头残余应力数值模拟研究

焊接是舰船结构连接的常用方法,焊接对结构的声振特性有一定影响,因此需进一步研究焊接参数对结构声振特性的影响规律。

联合运用热弹塑性有限元法和声固耦合有限元法,探究焊接工艺参数对船舶典型加筋板结构声振特性的影响规律。

结果表明：焊接残余应力受焊接输入功率和焊接速度影响明显,焊接输入功率越高焊接残余应力分布范围越大,焊接速度越慢焊接残余应力分布范围越大。船舶典型加筋板结构声振仿真计及残余应力时,其结构固有频率,加速度响应和辐射声压级频谱曲线等均发生改变。其中固有频率随输入功率增加而下降明显。

仿真模型考虑焊接残余应力将提高结构低阶固有频率和响应预报的准确度,研究可为低噪声焊接工艺制定提供指导。

     

水下杆状结构三维振动数值模拟

本文研究柔性杆状在涡激-参激联合作用下的三维振动响应特性问题。基于Hamilton原理,建立了柔性杆的三维振动模型,考虑Morison力、涡激升力以及顶端变张力,对结构的涡激振动和参激-涡激联合振动进行数值模拟。针对振动方程,首先借助有限差分法和Runge-Kutta方法对方程进行数值求解,求得结构的三维振动响应,绘制了各自由度振动的时历曲线、相平面图、庞加莱截面图以及能量频谱,研究了参激-涡激联合振动情况下,杆件的非线性振动特性。     

混凝土结构钢筋锈胀数值模拟

通过对混凝土梁在钢筋锈蚀膨胀作用下的开裂全过程进行模拟,得到混凝土梁在钢筋均匀锈蚀膨胀和非均匀锈蚀膨胀情况下的裂缝产生和发展的情况,分析了保护层胀裂时的钢筋膨胀率的影响因素,其中包括混凝土保护层的厚度、钢筋直径、混凝土的强度等级。通过比较试验数据与前人研究成果,结果都体现了相同的钢筋锈胀规律。在此基础上,提出结构耐久性的影响因素并指导结构耐久性设计。