复杂形状船体剖面水动力系数计算方法研究

基于势流理论的源汇分布法适合计算双体船,小水线面船等特殊形状的剖面,对常规船型的计算精度满足工程精度要求,但对粘性效应较明显的非常规船型计算精度较差。文章借助计及粘性效应的CFD软件Fluent,模拟物体在水池中作受迫振荡,采用RANS方法计算复杂形状船体剖面的简谐振荡力,对该力的拟合分解可以得到水动力系数。通过对首部形状较复杂的船型纵向运动预报结果比较表明采用RANS方法计算剖面水动力系数由于考虑了粘性效应,对阻尼系数计算更符合实际物理特征。因此对粘性影响较大的复杂船型文中提出的方法优于常规势流算法。     

基于多目标遗传算法的潜器外形优化设计

计算流体力学软件应用于潜水器外形优化设计时,精度虽高,但效率低下。因此研究了试验设计和响应面模型技术,提出了一个潜水器外形优化设计的策略。其基本思想是:首先应用Gambit软件的日志文件建立起水动力分析模型,然后根据设计要求选取设计变量,用试验设计的方法在设计变量空间里选取样本点并进行阻力性能计算,得到各样本点的响应,并建立阻力、包络体积的二阶多项式模型响应面模型。潜水器设计时需要考虑能源与设备布置要求,因此将阻力与体积作为艇型优化的两个目标,研究了多目标遗传算法,并给出了Pareto最优解集。结果表明,文中采用近似模型的艇型优化过程,不但效率得到提高,精度也能得到保证,而且由CFD结果建立的阻力估算公式可以为后续设计带来很高的参考价值。     

船体结构疲劳载荷计算中几个重要参数的探讨(英文)

基于线性累积损伤原理的船体结构疲劳强度评估方法已经在各种民船结构的设计规范中得到了广泛的应用,但其中疲劳载荷的计算方法和主要参数差别较大,导致结构疲劳寿命的评估结果具有一定的分散性。文中利用长期疲劳应力范围的Weibull分布和S-N曲线方法给出的结构疲劳寿命谱分析计算公式,通过理论分析和数值计算,分析了对结构疲劳损伤贡献率最大的长期应力范围所对应的超越概率水平,以及S-N曲线反斜率对该超越概率水平的影响。研究了不同超越概率水平下形状参数对结构疲劳寿命的影响,讨论了疲劳寿命对超越概率水平、形状参数和S-N曲线反斜率的敏感性。文中给出的一些结论对国际船级社协会正在进行的共同油船和散货船结构规范协调性研究具有参考价值。     

大悬臂弧形腹板钢箱梁剪力滞效应和偏载效应分析

大悬臂弧形腹板钢箱梁的空间受力特征非常明显,在采用常规的单梁杆系模型进行箱梁纵向受力分析前,需要正确把握结构的受力特性。以萧山东人城口环境综合整治工程中主线高架的某三跨连续钢箱梁为例,利用ANSYS建立全桥的三维板壳模型,分析了钢箱梁在典型荷载作用下的剪力滞效应和偏载效应,得到了箱梁剪力滞系数沿纵、横桥向的分布规律和关键截面的活载偏载系数,为常规单梁模型的计算方法提供了可靠的简化参数。     

撞头形状对环肋圆柱壳水下碰撞特性的影响

静水压力与径向撞击联合作用是环肋圆柱壳所面临的最危险的载荷环境之一。采用MSC.DYT-RAN非线性瞬态有限元软件,对不同静水压力下,环肋圆柱壳受不同形状撞击体撞击的过程进行数值仿真,探讨不同撞头形状对结构变形吸能及碰撞力的影响规律,比较两种静压环境下碰撞结果的差别。分析表明,不同形状的撞头主要通过尖锐程度和接触面积来影响结构的变形及吸能,两种静压影响机理不同。     

基于无应力状态法的悬臂拼装斜拉桥的线形控制

针对悬臂拼装斜拉桥的线形控制问题,以穗盐路斜拉桥为背景,提出基于无应力状态法理论以钢箱梁制造线形为目标,进行主梁线形控制的方法。该桥为对称独塔双索面塔梁固结体系,采用MIDAS Civil建立桥梁有限元模型,分析钢箱梁在不同施工临时荷载作用下的制造线形和安装线形。分析结果表明,该桥安装线形随施工临时荷载的不同而改变,制造线形是结构的稳定量,只要保证梁段的无应力状态量一定,则无应力线形是惟一的;实桥安装时按制造线形夹角进行安装,无论施工过程如何改变,最终成桥阶段的内力和位移与理想目标状态一致。     

数字图像处理技术在粗集料形状方面的研究综述

利用数字图像处理技术进行集料颗粒形状评价,能克服传统测量评价方法中的不足,可更加准确、全面地评价集料颗粒形状。关于数字图像技术在粗集料颗粒形状特征方面的研究,国内起步较晚,大多数是在混合料方面中的应用,对集料的研究少且主要在混合料的内部二维图像结构分析中;国外的研究较早,现在已基本成熟,除了能以单个CCD摄像机为基础进行集料图像二维特征分析外,还能利用3个CCD同时拍摄,直接利用3个方向的数字图像重构集料的三维特征,也成功利用计算机摄影断层技术和激光扫描技术实现了从简单的二维形状描述到三维形状重构,进而对集料颗粒形状特征进行有效的评价。     

消减波浪荷载的桥梁沉箱基础外形设计研究

基于波浪场中动水压强的空间分布特征,提出了消减跨海桥梁沉箱基础波浪荷载的方法:一是优化基础横截面外形,调节基础横截面外轮廓不同位置波浪压力的相位差,减小基础所受到波浪力和力矩;二是优化基础竖截面外形,减小水面附近波浪能量集中区域的截面尺寸,增大靠近海床面区域的截面尺寸,将基础下部的迎浪面设置为外伸斜面,利用斜面上波浪压力竖向分力产生的力矩抵消部分水平分力产生的力矩,从而消减桥梁基础上的总波浪力矩。对于大尺度矩形和圆端矩形截面的桥梁深水沉箱基础,基于势流绕射理论和边界积分方法进行分析,结果表明,相比于矩形截面,采用圆端矩形截面可有效减小基础的波浪力和力矩;相比于上下等截面的基础,采用下部迎浪面设置外伸斜面的基础可以大幅减小基础的波浪力矩。研究成果可为跨海桥梁深水基础设计提供参考。     

汽车轮胎与公路路面附着系数的研究

对汽车轮胎与公路路面的附着系数进行了较详细地分析与计算公式的推导。指出,附着系数是一个极值函数,在轮胎气压、车辆载荷和路面粗糙度这三项指标其中之一选择不当时,都会出现附着系数的最小值而影响行车安全。对公路施工,司机安全驾驶和交通事故的判断,提出了基本建议。     

混凝土面层与贫混凝土基层的层间作用对荷载应力和弯沉的影响

采用层间接触模型进行了三维有限元分析,并根据弯沉结果提出了用弯沉盆形状系数表征的结合系数,比较了应力有限元解和等刚度法的差别。研究了层间剪应力的分布和摩阻系数对路面状态的影响,最后分析了板的翘曲变形和尺寸效应的影响。初步分析结果表明:混凝土面层与贫混凝土基层之间为半结合状态,并非理想的结合式或分离式,建议对贫混凝土基层的应力进行20%～40%的修正。