近场动力学方法及其应用

近场动力学作为一种非局部理论,能够通过键的失效来自发模拟材料的失效、破坏,其在海洋工程领域已取得初步的研究成果,尤其是在冰区船舶与海洋工程领域,更显出了该方法的优越性。为了更好地了解近场动力学在冰区船舶和海洋工程中的应用,对近场动力学在冰区船舶与海洋工程应用中的问题进行梳理,主要包括冰材料本构模型、冰−结构作用模型、冰−水耦合方法、结构物力学模型、水下爆炸破冰应用及结构表面覆冰除冰的应用等。同时,在全面回顾已有研究成果的基础上,分析其特点和面临的挑战,探讨相应的解决思路和未来的研究方向。     

冰区核电平台系泊设计及影响研究

本文根据冰区浮式核电平台的主要功能及外部环境条件,确定平台的基本形式,并在此基础上进行了系泊系统的优化设计.与以往研究不同的是,考虑到冰区海洋的特殊性,除计算风、浪、流作用情况外,还运用Sdem软件构造了海冰离散单元模型,对海冰与海洋系泊结构物的相互作用过程进行了数值模拟.在此基础上,结合系泊分析软件ANSYS-AQWA的二次开发功能,对平台运动及其系泊系统进行了时域耦合分析,研究了平台在不同环境载荷作用下的运动响应;进行了系泊参数研究,分析一般规律,最终提出了一种满足规范要求且性能优良的系泊方案.研究结果表明:本文提出的冰区核电平台系泊系统可抵抗恶劣的环境影响;通过合理选择系泊缆数量、夹角、预张力大小及顶端倾角等系泊参数,可减小平台运动响应.     

船舶撞击高桩码头的系统动力仿真研究

利用LS-DYNA显式动力分析软件建立船舶撞击高桩码头的系统动力仿真模型,该模型将船舶—码头—土体视为整体系统,统筹考虑土体的弹塑性、桩与土体的流—固耦合效应和船体与橡胶护舷的面—面接触,可较好地模拟船舶撞击高桩码头过程中的大尺度和非线性变形。初步分析船舶载重量、船舶撞击方式和橡胶护舷等因素对最大船舶撞击力和撞击历时曲线的影响,为确定高桩码头的船舶撞击力提供了可行的动力学分析方法。     

水下环肋功能梯度材料圆柱壳耦合振动的波动解

研究了考虑功能梯度材料的水下环肋圆柱壳耦合振动特性。根据Flügge理论和正交各向异性板壳理论,采用波动法推导出静水压力下环肋FGM圆柱壳耦合振动特征方程,运用牛顿迭代法得到静水压力下环肋FGM圆柱壳的耦合频率值。经过退化计算,与已有文献的研究结果进行对比,验证了文中计算的正确性和有效性。通过算例,分析了静水压力下环肋FGM圆柱壳在不同静水压力、材料组分、体积分数、壳体尺寸、肋条尺寸和数目等情况下耦合振动的变化规律,以及这些因素对耦合频率的影响。     

船舶推进系统齿轮箱的抗冲击性能研究

齿轮箱是船舶推进系统的关键组成部分,其运行质量直接决定了船舶的动力性能。船舶推进系统齿轮箱的工况复杂,受到船舶振动和基座变形的影响,齿轮箱易产生疲劳变形和振动噪声等问题。近年来,随着机械制造技术的进步,船舶齿轮箱也向着大功率、低噪声、轻量化、高转速等方向发展。本文以船舶推进系统齿轮箱为研究对象,建立了齿轮箱的多体耦合有限元模型,对动态冲击载荷下的齿轮箱的抗冲击性能进行载荷分析,并对齿轮箱的振动和弹性变形等进行有限元分析。本研究对提高船舶推进系统齿轮箱的结构强度、提高抗冲击性能等有重要的指导作用。     

复杂外形潜水器的动力学建模

为建立复杂外形潜水器精确的动力学模型,并基于模型设计控制算法,本文以DOE HD2+2无人遥控潜水器(ROV)为对象,应用计算流体力学(CFD)粘流方法与面元法预测水动力系数.为提高计算速度,在保证计算精度的前提下,采用多面体网格,进行网格优化,减少了流体域的网格总数.由于ROV几何外形不对称,基于最小二乘法分段拟合了阻尼力/力矩与速度的曲线,建立了耦合的阻尼矩阵和附加质量矩阵.最后,基于CFD计算的水动力系数建立了Matlab Simulink动力学仿真模型,并通过水池操控实验对所建动力学模型进行了有效性验证.     

正则化技术在状态空间载荷识别中的应用

  目的  船舶减振技术经过几十年的发展,降低艉部激励引起的桨—轴—船体振动辐射噪声成为我国现阶段船舶声隐身的紧迫任务。  方法  针对船舶艉部激励耦合振动噪声问题,从船舶螺旋桨激励力特性、桨—轴—船体耦合振动噪声特性及其控制方法3个方面对当前研究进展与发展趋势进行综述,  结果  得到了船舶艉部激励与桨—轴—船体系统振动噪声的映射关系,并提出了针对低频振动噪声的控制方法。  结论  在此基础上对在螺旋桨非定常力测试、艉轴承摩擦诱导振动机理和桨—轴系统横向振动控制等方面提出进一步开展研究的建议。     

不同间隙比竖井内水流与平衡重二维流固耦合

目前,水力式升船机在国内外尚无投入实际运行,无实际设计、安装、运行经验可循。建立不同间隙比竖井与平衡重之间二维流固耦合数学模型,在非恒定流作用下,对不同间隙比时平衡重上升过程的水动力响应进行动态模拟。得出有利于该类升船机稳定运行的最优间隙比。     

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。