桩承台桥墩基础局部冲刷数值模拟研究

为研究桩承台桥墩基础局部冲刷机理及其局部冲刷影响特性,本文采用CFD软件建立三维水沙动力模型研究了矩形与梯形承台桩承台桥墩基础在不同承台高程下的局部冲刷特性。同时,采用HEC-18公式对矩形承台桩承台桥墩基础局部冲刷深度进行计算。研究结果表明：不同承台高程下将影响桩承台桥墩基础最大局部冲刷深度,且不同承台形状对周边水流产生不同的影响,说明承台在桩承台桥墩基础局部冲刷中具有举足轻重的作用,而HEC-18公式计算结果同样说明随着承台高程向泥面靠近,承台部分对局部冲刷深度贡献增大,且梯形承台桩承台桥墩基础增加及影响更为显著。     

一种水下紧固带装置的设计及分析

为保证潜艇救生筏系统中承压容器在水下环境中的紧固稳定性,提出一种水下紧固带装置的结构设计方案,该装置结合橡胶弹簧,使其可以自主补偿水压作用下承压容器产生变形后所减小的紧固力,防止容器变形后致使紧固失效,利用有限元分析和MATLAB数据拟合的方法得出承压容器在不同潜深下的变形计算公式,推导出橡胶弹簧陆上预压缩量与潜深的关系式,分析主要设计参数对紧固力的影响并给出合理取值范围。通过实际制造和装配,在水深30 m范围内进行42次紧固试验,结果表明,该紧固带装置的可靠性达到96%以上,满足实际应用的要求。     

基于BP神经网络的船闸基坑变形预测方法

船闸基坑开挖改变了地层中的原始应力状态,造成临近地面及临近建筑物产生变形。对基坑临近地面及建筑物变形进行预测,以选择经济合理的支护措施尤为重要。依托实际船闸基坑工程,考虑粘聚力、内摩擦角、弹性模量、基坑深度、放坡坡率以及地下水因素共同作用,采用有限元软件Midas GTS/NX对各因素通过正交设计后的基坑施工工艺组合开展了数值模拟,得到了不同组合下基坑临近地面不同位置处的变形特征。基于BP神经网络理论,建立了滨海地区船闸基坑无支护情况下开挖时临近地面变形的三层结构(7-7-1)神经网络预测模型。利用得到的179组基坑沉降数据对模型进行训练,21组数据对模型进行验证。结果表明,模型能够很好地对滨海地区基坑临近地面沉降进行预测。该方法可为类似工程支护措施设计提供参考。     

考虑通风条件影响的横贯浸水装置模型试验研究

SOLAS2020生效后,横贯浸水装置在邮轮设计中的重要性进一步提升,其中因通风条件改变引起的空气压缩对横贯浸水过程影响较大。论文通过横贯浸水装置模型试验得到其平衡进水过程,探究空气压缩对横贯浸水装置的影响,并对横贯浸水过程开展不同湍流模型的数值计算。研究表明,横贯浸水装置可明显改善舱室破损进水时的大横倾角,合理设置横贯浸水装置中不同舱室的通风条件可有效减小破损进水时的大横倾角;在常见的湍流模型中,realizablek-ε模型更适用于进行横贯浸水过程的数值仿真分析。研究成果可为大型邮轮横贯浸水装置的设计提供参考。     

基于RANS/LES混合方法的近岸水域波浪增阻影响的数值模拟

分析船舶在近岸水域航行时所受波浪增阻大小的影响因素,以寻求降低波浪增阻的方法。基于近岸水域中船舶阻力理论,采用雷诺平均（RANS）和大涡模拟（LES）相结合的方法进行数值求解,并运用两相流方法和造波消波技术建立数值水池模型。用Fluent求解器对船舶在不同工况下的波浪增阻进行数值模拟。试验结果表明：用该方法对近岸水域航行的船舶进行波浪增阻的数值模拟可有效提高计算机运算效率,在粗糙网格层面上得到的计算结果精度良好;船舶在近岸水域中航行时的波浪增阻随波高的增加而增加,并且与船体湿润面积呈正相关;船舶在近岸水域以中低速航行时所受波浪增阻随弗劳德数的增加而增加。该研究为近岸水域通航船舶减小航行阻力提供了可行的方法与思路。     

基于滑移网格的翼身融合水下滑翔机水动力性能研究

提高升阻比是实现水下滑翔机低功耗和远距离航行的重要手段之一。借鉴航空领域翼身融合布局具有的高升阻比特性,本文将其应用于水下滑翔机设计过程,并开展基于滑移网格的翼身融合布局水下滑翔机（blended-wing-body underwater glider,BWBUG)水动力性能研究。首先,开展约束模式下的数值仿真,并定量给出各水动力参数随攻角的变化规律,确定该水下滑翔机的最优航行攻角,探明最优攻角下BWBUG压力分布规律。然后,从压力分布、流线分布及升力分布规律三个角度,阐明翼身融合构型能够提升升阻比的原因。在研究过程中发现：翼稍涡存在会导致翼稍处压力骤变严重、流线紊乱形成涡流,阻碍BWBUG升阻比的提升。这也从侧面论证了BWBUG加装翼稍小翼的必要性。本文的研究可以为后期BWBUG的结构改进及外形优化提供参考。     

大型波流水槽整流区间长度的优化研究（英文）

本文利用OpenFOAM程序基于物理水槽结构设计建立了波浪-水流水槽模型。由于造流出口位于造波推板正前方的水槽底部,在造流出口的下游存在一个波浪-水流相互作用的整流区间,直到波浪-水流场趋于稳定。本文的主要目的是研究各主要影响参数对于整流区间长度的影响,通过结构参数的优化获得最小整流区间长度,以使有效试验段达到最大化。计算分析了波浪-水流场在水槽中各个位置处的时间平均水平速度的垂向分布,并将平均速度与试验段稳定值的偏差为10%的位置点作为整流区间与试验段的分界点。基于数值模拟结果,确定了最优的水流出口角度、水流出口宽度及其与造波推板的距离,同时研究了工作水深、波浪周期和波高以及水流速度对于整流区间长度的影响。     

基于数值方法的AUV近水面运动特性研究

为了明确水面回收AUV过程中其自身运动特性,以数值方法作为主要工具,通过控制变量法分析自由液面对AUV运动的影响。建立AUV的近水面运动方程,通过数值模拟PMM,得到AUV近水面运动方程所需的全部水动力系数。最后,通过基于运动方程和CFD方法的水面直航轨迹交叉对比,对所求得AUV近水面运动方程的准确性进行了验证。结果表明,所求得的AUV近水面运动方程准确性良好,可为AUV水面回收过程中的运动控制提供参考。     

基于CFD的直接进气系统在船舶上的研究与应用

为进一步降低船舶能耗,该文以某大型散货船为研究对象,提出直接进气系统的设计方案。基于计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）数值模拟法,对设计的合理性进行分析,并对直接进气系统在实船上的应用进行探讨。理论分析与实船验证结果表明：进气风道内流速与设计流速相符,直接进气系统总阻力远低于许用限制值,通过增压器的自吸能力可直接吸入舷外空气,系统设计合理;应用该系统后,主机、辅机油耗降低,机舱风机运行总能耗降低50%,初始投资回收周期短,可降低船舶运营成本。     

基于内聚力模型的船舶焊接接头裂纹萌生及扩展分析方法

船舶一般为大型焊接结构,焊接接头处较易产生裂纹等缺陷,因此需开展焊接接头裂纹萌生及扩展研究。首先,基于双线性内聚力模型对不锈钢钎焊接头模型进行裂纹萌生及扩展的数值模拟计算,获得载荷与裂纹扩展长度的关系,并与文献试验结果进行对比分析。在两者结果较为一致的基础上,采用相同方法对船舶典型焊接接头的裂纹萌生及扩展进行数值模拟计算和分析。结果表明,基于双线性内聚力模型的裂纹萌生及扩展分析方法能够较好地模拟船舶焊接接头裂纹扩展过程中的开裂、损伤积累及损伤未积累阶段。焊接接头裂纹萌生及扩展研究可为后续进行相关船舶结构安全评定奠定理论研究基础。