"雪龙2"号南极首航破冰试验

为在自然条件下实尺度测试"雪龙2"号的破冰能力,2019年11月"雪龙2"号在南极首航期间,中国在南极考察站——中山站附近普里兹湾固定冰区,首次自主开展了一系列专业破冰试验.通过选取破冰区域、实地测量冰雪厚度、钻采冰芯测量冰温度和盐度、切取完整冰坯并加工冰梁,完成了冰弯曲强度试验和艏艉双向破冰时的实船数据测量,首次获取了中山站附近固定冰的弯曲强度力学特性,成功验证了"雪龙2"号的破冰能力.本文详细介绍了"雪龙2"号现场破冰试验,并根据测量的海冰特性和船舶破冰航行数据对其艏向破冰能力进行了初步评估,摸索了一套在极地冰区开展破冰船破冰试验的方法,同时也对现场破冰试验中需要改进的方向提出了思考,可为我国新的破冰船建设提供参考.     

基于改进遗传算法的双向渐进结构优化方法研究

本文提出了一种基于改进遗传算法的软删除双向渐进结构优化法(G-BESO),以解决传统双向渐进结构优化法(BESO)中参数(如进化率)设置不当而导致无法获得最优拓扑构型的问题.首先确定单元权重系数与单元密度的递推关系式,形成一种考虑单元密度历史信息的材料插值模型,从而增强恢复误删高效单元的能力.然后引入遗传算法中的交叉和变异操作,启发式地更新结构状态以提高全局寻优能力.最后将该方法编写成可用于实际工程结构优化设计的程序.算例表明,提出的方法能稳定得到最优拓扑形状且计算效率更高,可为工程结构的拓扑优化设计提供一定参考.     

基于Modelica语言的ROV力学系统建模与仿真

本文针对因ROV在水下作业过程中的非线性及耦合运动特性而导致采用传统Simulink建模方法效率低下的问题,将Modelica语言应用于ROV力学系统建模过程中,提出了一种通用的、面向对象的水下航行器运动建模方法.简要介绍了Modelica语言的特性和优点,应用其面向对象的建模思想构建仿真框架,将ROV力学系统按受力性质进行分析、分类与模块功能划分,定义共用、可重用的底层运动学与力学连接器作为模块间交互接口,实现各模块由数学模型到仿真模型转化.在顶层模型中通过组件实例化整合各模块,应用组件连接机制,创建完整的ROV力学系统.选取工况对其运动特性进行仿真,分析仿真结果,以验证建模方法便捷性和正确性.     

内波的相似律及其实验室量化模拟关系

弄清内波的相似律和实验室量化模拟关系,是内波缩比模拟试验研究实用化、解决实际海洋中内波相关科学问题和工程问题的前提.本研究从流动的力学相似条件出发,梳理了内波的相似原理,采用内波预报模型分析了分层结构和分层密度差对内波特征的影响,阐明了分层结构相似是内波相似的必要条件,还分析了内波和表面波相似律的制约关系.实验室中分层密度差一般远大于实际海洋跃层的密度差,内波和表面波相似律不能同时满足,缩比实验模拟结果须根据内波和表面波的特征分别按各自的相似准则换算.     

加周期纵肋圆柱壳声辐射

本文研究了水中加周期纵肋圆柱壳在点力激励下的声辐射特性.壳体振动采用薄壳理论的Donnell方程描述,纵肋振动采用相互独立的梁的纵振动和弯曲振动方程描述.通过周向模态展开和轴向Fourier变换导出圆柱壳体径向振速表达式,使用波数域稳相法积分得到了远场辐射声压的解析解.数值计算给出了接收点正对激励点情况下的远场辐射声压级,并据此进行了机理分析.在加周期纵肋无限长圆柱壳中存在两类辐射机理:亚音速的弯曲波辐射和超音速的Bloch弯曲波分量辐射.由于圆柱壳体表面存在曲率,亚音速的弯曲波也能辐射极小部分能量到远场,并形成频带极窄的共振峰.加周期纵肋圆柱壳在周向是一种无限周期结构,存在多阶次的Bloch弯曲波.低于水中声波数的Bloch弯曲波分量能够通过相位匹配的方式高效辐射到远场.Bloch弯曲波的辐射存在一定的频率下限,其下限与纵肋的间距有关,纵肋间距越大辐射的频率下限就越低.     

基于柔性杆理论的脐带缆涡激振动数值模拟系统

针对目前海洋脐带缆分析软件缺乏的状况,本文基于MATLAB开发了脐带缆涡激振动数值模拟系统UCVIV-1.0.由于脐带缆的大变形和大转角会产生显著的几何非线性,脐带缆的静态平衡位形和整体力学响应计算采用了细长柔性杆模型,采用尾流振子模型模拟海流作用下的涡激力.该系统界面清晰友好,操作简单,适用于悬链线型脐带缆.选取了一组脐带缆参数,使用该系统进行了静力计算以及涡激振动计算;并将静力结果与采用国外商业软件OrcaFlex计算的结果进行了比对,发现结果吻合程度较高,在一定程度上验证了系统的可行性和准确性.本系统有望为脐带缆设计软件的开发提供借鉴.     

半潜式平台波浪砰击测试方法与载荷特性研究

本文采用模型试验的方法对半潜式钻井平台受到的水平波浪砰击载荷进行了研究.为了克服模型结构动力响应的影响,试验时设计了专用的测量单元用于监测波浪砰击载荷,并采用小波分析的方法对砰击载荷试验数据进行降噪处理.试验结果表明:半潜式平台水平波浪砰击载荷的发生频率和砰击冲量随有义波高的增加而增加,但砰击载荷幅值则体现了显著的非线性和随机性特征,砰击载荷冲量的随机性和发散性则相对较小;平台立柱与箱型甲板连接处的砰击载荷较大,大多数海况下后立柱砰击频率和砰击载荷幅值比前立柱更高.     

四桨船伴流场研究

与单桨船不同,四桨船各螺旋桨在运转过程中负荷不同.当前四桨船推进器的设计多以一个干扰因子来表征内外桨负荷差,而一个干扰因子难以反映内外桨负荷差产生的原因,因此往往给设计带来困难.本文使用CFD方法对四桨船内外桨负荷分配问题进行研究,首先以大连理工大学拖曳水池的PM06模型为基础进行不确定度分析,验证了该数值计算方法的准确性,然后对本文所研究的四桨船进行研究.结果表明四桨船內桨负荷大于外桨,且负荷差产生的原因主要有三个方面:(1)船体形状造成的船尾流场不均匀性对桨的影响;(2)内外桨在敞水中相互间产生的干扰;(3)内外桨之间的干扰在船尾不均匀流场中的合成.据此,本文将四桨船伴流分为三部分:原生伴流、干扰伴流和次生伴流,并计算了该船各部分伴流所占比例,以更好地指导四桨船的推进器设计.     

一种基于板架模型的三体船连接桥结构瞬态砰击响应的分析方法

三体船连接桥的砰击问题一直是水动力领域的难点问题.为有效减少砰击载荷作用下动态响应峰值的计算量,本文基于板架模型,提出一种借助等效静力系数的三体船连接桥结构的砰击响应分析方法.首先,通过对三维板架结构进行入水砰击的结构瞬态响应分析,将直接积分法和模态叠加法两种方法进行比较分析,选取更合适的方法进行动力响应计算;其次,通过改变计算参数,分析了边界条件和时间效应对板架应力峰值和等效静力系数的影响;最后,与三体船分段模型的计算结果进行对比,验证了借助简化模型得到等效静力系数法的可行性.本文的计算结果及相关结论能够为后续准确分析连接桥局部结构的砰击响应、合理关注连接桥的高应力位置及屈服强度的评估提供参考.     

非对称系泊系统作用下浅水浮式海洋平台运动耦合分析

选择地理位置、区域环境较为关键的岛礁,建立浅水浮式海洋平台,具有重要意义。应用在岛礁浅水区域的浮式海洋平台,由于受地理环境限制,很难设计对称式系泊系统。因此,本文设计2种典型非对称式系泊系统布置方案,基于TMA浅水波浪谱理论,对2种非对称系泊系统作用下浮式平台的水动力响应进行时域数值计算,计算结果与对称式系泊系统作用下结果对比分析,获得了非对称系统状态下平台运动响应特点及系泊张力分布特点。