基于完全耦合算法的绕水翼流固耦合特性研究

基于完全耦合算法对绕二维NACA0009水翼流固耦合特性进行了数值模拟研究。采用Theodorsen模型和Munch模型对刚性和弹性水翼的水弹性响应进行了数值计算,分析了流体与结构的相互作用关系,研究了影响结构水弹性响应和流固耦合特性的因素。研究结果表明:考虑了流体黏性的Munch模型与基于势流理论的Theodorsen模型对气动弹性响应的数值计算结果基本一致,而Theodorsen模型由于没有考虑流体黏性在一定程度上低估了结构的水弹性响应。结构的惯性、阻尼和刚度力矩与流体的相应附加载荷均处于同一数量级,故流体与结构的相互作用不可忽略,尤其对于弹性水翼,流体的惯性、附加阻尼作用增大,流固耦合算法的数值稳定性对流固耦合特性的计算结果影响将更大。外部激励频率为非共振频率时,结构的刚度作用是影响水弹性响应的主要因素,外部激励频率为共振频率时,流体的附加阻尼和附加刚度作用减弱,除结构的刚度作用外,流体与结构的惯性作用对水弹性响应和流固耦合特性的影响也较大。     

张力腿式浮式风机平台的水动力和空气动力耦合响应分析

文章采用了空气动力、水动力、控制与弹性完全耦合的时域模拟方法研究了张力腿式浮式风机平台的动力响应.水动力载荷的计算采用了三维势流理论与Morison公式.空气动力载荷的计算采用了叶素动量理论和广义动态尾流理论.利用FAST软件得到了张力腿式浮式风机平台响应的时域结果,并分析了其动力响应特性.建立了描述平台纵荡运动的非线性微分方程,并采用了摄动方法求得其近似解,解释了纵荡运动中由非线性粘性效应引起的高频响应.对数值模拟结果的分析表明高频的响应分量对平台的动力性能有显著的影响.     

弹性垫形式的水下弹性体发射动力学分析

弹性垫会对水下运载器发射动力学产生影响,文章针对弹性垫形式,利用Lagrange方程推导了新型适配关系下的发射动力学方程,同时考虑了运载器的刚体运动、弹性变形、弹性垫变形与接触对发射过程的影响。利用文中的方法,建立了水下运载器发射动力学模型,对发射过程的载荷进行了求解,研究了弹性垫数量、刚度、位置等参数对运载器弹性振动的影响。结果表明文中方法是有效的,可用于水下运载器发射动力学分析。     

深水SPAR风机系统全耦合动力响应分析研究

文章采用联合开发的计算程序对深水SPAR风机的浮体、锚泊和风机各子系统进行了水—气动力的全耦合数值分析,研究了深水浮式风机系统的动力响应特点。浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细长杆理论通过非线性有限元方法实现,风机系统的空气动力分析采用基于多体气动弹性理论的FAST模块。以浮体控制方程为主体,通过模块间的载荷与位移传递在每个时间步上迭代求解,形成完全耦合的时域分析方法。通过对NREL的5MW SPAR风机系统在随机海况下的水动力响应分析,验证了该方法的有效性,并分析了浮式风机子系统间的混合动力作用。     

动态载荷识别的自适应延迟逆模型方法

为减小载荷识别问题对原系统先验知识的依赖,采用系统的自适应延迟逆模型识别时域载荷。采用自适应算法辨识延迟逆模型,代替了一般识别方法中的系统特性矩阵求逆过程,避免了病态问题。随后将工作状态下的响应作为逆模型的输入,则其输出就是时域载荷的延迟估计。通过对两端简支梁结构进行载荷识别的仿真研究,以及对双层隔振试验台架的试验研究,识别了稳态激励和瞬态激励,验证了该方法的有效性。该方法不需要了解系统的数学模型及参数,因此能够应用于工程实践中。     

水下容器开启过程流场特性仿真研究

水下容器开启过程中,海水快速灌入容器内,对载体的平衡产生较大的影响.采用Mixture多相流计算模型求解气液两相流场,网格更新方法采用域动分层法,对不同开启角度进行数值计算.结果表明:开启角度越小,容器底部压力和容器内部进水量波动越大,且峰值越大,随着开启角度的增大,两者波动范围有所减缓,研究成果可为水下容器总体设计、系统使用流程优化提供理论支撑.     

拖曳式试验系统拖缆平台振动测试与分析

工程应用中,拖曳式试验系统拖缆平台存在明显的振动现象,振动产生的辐射噪声会对环境声场产生影响.基于拖缆平台的结构及运行原理,分析其内部的主要激励源,并进行现场振动测试.测试试验对平台支柱、绞车系统和隔振装置的振动信号进行了测量和分析,结果表明,平台支柱存在一定程度的振动,绞车机架振动主要由传动装置激励产生,隔振螺栓隔振效果不佳.测试数据及结果可为系统在工程应用中的优化设计和振动控制提供参考.     

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

从船级社规范对于不符合主尺度比要求的船舶船体梁波浪载荷的规定出发,采用理论预报和船模试验2种综合方式,进行了小于0.6方型系数、高航速、高海况目标船的波浪载荷研究.从规范对波浪载荷的线性理论预报值进行的非线性修正,修正后中拱和中垂波浪弯矩绝对值之和与线性理论预报极值全幅值相等出发,阐述所研究船特殊主尺度比下的模型试验结果、三维非线性水弹性理论预报结果显示出的波浪载荷非线性行为;同时综合模型试验与理论预报的共同规律,研究不同波高、航速、浪向等非常规船型船体波浪载荷的强非线性行为,从而认为规范基于的线性理论预报值进行非线性修正的统一规定太过笼统,进而建议规范对波浪载荷的非线性修正予以进一步的明确区分和规定.     

复杂非金属减震结构的建模与等效研究

针对减震系统中复杂非金属减震结构数值分析和等效处理的需求,利用有限元方法对预弯柱体非金属减震器进行建模和分析,获得了与实验测试吻合良好的计算结果.在此基础上,提出一种利用实物实验或数值实验数据等效复杂非金属减震结构的等效模型处理方法.该方法利用三维实体结构等效复杂非金属减震器外形和连接关系,以实际减震器的单轴压缩实验和应力松弛实验数据获得等效模型的超弹和粘弹材料参数.实例分析表明,基于三维实体结构的等效模型能够有效表征实际减震器在复杂减震系统中的连接关系,并在主工作方向上有效模拟实际减震结构的力学响应特性.     

一种用于动力传动系统的橡胶隔振器优化设计研究

研究并设计一种橡胶隔振器,以减弱动力传动系统对船体的作用力.分析系统的工作原理,建立系统的动力学分析模型,得到系统的初始参数.氯丁橡胶的材料特性用Mooney-Rivlin模型描述,模型的系数C01和C10由橡胶材料的静态特性试验得到.根据动力传动系统的实际状态,设计隔振器的基本尺寸、基本参数,在此基础上,设计优化算法,其中,变量是螺栓预紧力、橡胶元件的尺寸、连接板之间的距离、橡胶和金属材料的最大VON MISES应力,目标函数是隔振器的刚度,数值仿真计算采用的是非线性有限元法,最后确定了满足隔振和使用要求、结构形式最优的隔振器.