旁海枢纽工程船闸输水系统布置及试验研究

高水头船闸常采用第二类输水系统以满足船闸闸室内水流条件的要求,但往往工程量大、施工复杂。根据船闸闸址处地形、地质条件,抬高闸底奠基高程以达到降低工程量并简化施工的目的,并在采取一定消能手段后,采用闸墙长廊道侧支孔输水形式。通过物理模型,对旁海航电枢纽输水系统进行布置及优化,证实采取加大闸室初始淹没水深、闸室两侧出水口加设连续消力坎、优化进出水口布置及进水口布置帷墙等措施可达到预期效果。     

直接优化解析姿态确定方法

基于惯性系的姿态确定方法是近阶段关于动基座姿态确定问题的热点研究方向,分析了惯性系姿态确定方法的误差源产生机理,发现传统的惯性系首先解析出起始姿态阵,继而通过惯性器件量测输出,更新至当前姿态完成姿态确定,这一更新过程不仅加大了计算量,同时会重新引入器件误差和系统误差。因此,针对这一问题提出了一种基于惯性系的瞬时姿态阵解析姿态确定方法。该方法直接解析出当前时刻的姿态阵,避免姿态更新过程中引入误差,充分发挥了优化解析法的优势,对准精度得到大大提高,并利用仿真和实测数据验证了算法的可行性和有效性。     

航道整治建筑物薄壁大圆筒结构水槽试验研究

基于薄壁大圆筒结构在国内外沿海港口码头和防波堤工程中研究及应用现状,设计一种薄壁大圆筒结构坝。采用水槽试验的技术手段,研究大水深、大流速情况下坝体稳定性和抗倾临界条件,得到无充填、充填天然沙及带基座的充填薄壁大圆筒结构在水深34 m条件下抗倾流速分别为2.90、3.18及4.95 m/s,认为其能满足不同河流的航道整治建筑物稳定要求,可作为丁坝、顺坝、导流坝及潜坝等多种结构形式在内河航道整治工程中推广运用。     

宁波-舟山港梅山港区滚装及杂货码头工程设计要点

宁波-舟山港梅山港区滚装及杂货码头工程拟建位置建设条件复杂。采用理论计算和模型试验等方法,对项目选址、码头轴线方位的确定、码头前沿顶高程的确定及水工结构设计等关键技术进行研究,得出的结论可供类似工程参考。     

波浪中破损船舶的运动响应研究

波浪中破损船舶的运动会同时受到波浪激励和进出水的影响,而船体运动也会影响进出水过程,二者的相互影响机理十分复杂.本文重点研究波浪中破舱进出水对船舶运动响应的影响,文中首先基于势流理论建立了考虑破舱进出水的4DOF(横荡-垂荡-横摇-纵摇)相互耦合时域预报方法,在计算中假设舱内的液面水平,利用修正的伯努利方程模拟破舱进/出水,利用Ikeda's经验公式修正阻尼系数.然后以一艘ITTC破损稳性标模为例,研究了波浪中考虑破舱进出水的数学模型以及破舱进出水对运动响应的影响,并研究了不同自由度、破舱口位置对运动响应的影响.研究表明,本文基于势流理论建立的时域预报方法可以定量的预报破损船舶的运动响应.     

减摇复合船型首部构型设计与水池模型试验研究

船舶在波浪中航行时的纵向运动性能是衡量船舶综合航行性能的重要指标.为了改善船舶在波浪中的纵向运动性能,本文基于首部减摇组合附体技术对某型船首部构型进行改造并通过水池模型试验对其静水阻力和耐波性进行了分析研究.在分析该船作业及航区特点的基础上,通过船首部线型改造及减纵摇组合附体构型优化,给出适用于该船的首部构型方案.应用CFD软件和修正切片法进行水动力性能分析,并对船首构型方案进行优选.将优选出的性能较优复合船型方案和原船型开展水池模型静水阻力与耐波性对比试验分析,验证减摇复合船型的静水阻力性能与耐波性能.试验结果表明,改造后的复合船型减纵摇效果明显,对应实船四级海况18节航速下纵摇与首部加速度有义值较原船型降低15%以上;复合船型静水阻力有所增加,实船18节航速下静水阻力增加13.5%.     

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。     

基于一个二维水弹塑性方法和极限强度评估的集装箱船结构优化研究

海上极端波过去常常导致船舶结构的极限破坏,而船舶的极限崩溃涉及到船体结构的动态极限强度和结构非线性.该文通过二维的水弹塑性方法研究了集装箱船在极端波中的非线性动态强度,该方法考虑了船体的极限强度以及船体结构的非线性和波浪之间的耦合.并通过该二维水弹塑性方法和极限评估方法研究了船体结构的结构优化.文中还通过二次规划法(SQP)来优化基于非线性的动态强度的集装箱船体结构.最少的结构成本是本优化的目标函数,约束条件保证船体的强度要小于结构的极限强度,并且结构设计尺寸要满足规范的要求.随着设计波高的变化,这些优化的设计变量的变化趋势得以发现,一些研究的结论可用于船舶规范的参考.     

迎浪规则波中小水线面双体船纵向运动及波浪载荷非线性特性数值分析

基于RANS方程和VOF模型求解船体粘性兴波流场,开展了小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hulls,SWATH)迎浪规则波中纵向运动及波浪载荷的非线性特性研究.通过数值计算结果与模型试验结果的对比分析,验证了文中方法的有效性;在此基础上,较为系统地分析了SWATH船的垂荡及纵摇运动响应、垂向加速度和波浪载荷的一阶及二阶量随入射波高的变化规律,指出SWATH船的运动响应及载荷与波高存在非线性的关系,尤其体现在响应共振区附近;相比于船体垂荡和纵摇运动,垂向加速度及波浪载荷的非线性特性更为显著.     

基于48000载重吨教学实习船的动力学结构优化

本文以48000载重吨教学实习船为研究对象,采用通用有限元软件MSC.Patran/Nastran进行全船频响分析.全船有限元计算条件要求极高,而一般情况下又存在各种资料的限制或实验数据的缺失,因而会使得计算精度较低.本文介绍利用基本的设计资料的条件下,从模态参与系数角度结合模态振型提出一种新的动力学结构优化思路,并进行计算分析以验证该方法的可行性与准确性,为全船有限元振动分析提供新的研究思路.