恶劣海况中大外飘型舰船的总载荷颤振响应分析

[目的]舰船遭遇恶劣海况时艏部砰击会激起船体梁颤振响应,威胁到总纵强度的安全。砰击颤振弯矩与船体刚度和外飘构型相关,但不同船型结构布置和型线差异大,有必要针对大外飘型舰船开展颤振响应分析。[方法]首先,采用COMPASS-WALCS-NE势流时域水弹性方法预报设计海况下的船体梁总载荷,并与分段自航模试验对比验证;然后,再提取艏部砰击合力、典型时刻的船体运动状态和船体梁总载荷响应的时历曲线,通过分析波浪载荷高低频分量的相位差异,研究船舯砰击弯矩与艏部砰击合力的关联性;最后,围绕船体主要设计参数进行敏感度分析。[结果]在设计海况艏部入水时,其砰击合力出现了2次峰值,分别对应于底板和外飘区域的大面积触水过程;颤振弯矩主要由艏部外飘砰击引起,受力面积大,合力距离船舯远,导致砰击弯矩达到了波浪弯矩的同等幅值;大外飘型舰船的砰击弯矩对波高变化最为敏感。[结论]对于大外飘型舰船的总纵强度评估应考虑砰击颤振的影响,对于中垂砰击弯矩需要直接与静水成分、低频的波浪成分叠加,而中拱砰击弯矩应考虑阻尼耗散,可先折减再叠加。     

恶劣海况下船舶砰击颤振响应特性数值计算与试验研究

[目的]针对恶劣海况下船舶所受砰击颤振响应现象,探究船舶非线性波浪载荷与瞬态高幅值砰击载荷的耦合作用。[方法]采用计算流体动力学与有限元方法（CFD-FEM）相结合的双向流固耦合方法对S175集装箱船进行数值仿真计算,并与试验结果及切片理论计算结果进行对比验证;采用分段变截面弹性龙骨梁模型开展船舶的砰击颤振特性模型试验,基于CFD-FEM双向流固耦合方法开展船艏砰击载荷及高频非线性砰击颤振响应特性分析,并与模型试验结果进行对比验证。[结果]结果显示,波浪砰击载荷对船艏颤振响应的影响不可忽视,6级海况下由砰击颤振诱发的二阶高频成分分量占低频波浪弯矩的59.86%。[结论]采用基于CFD-FEM的双向流固耦合方法可准确计算船首砰击颤振响应;在高海况下船舶所受非线性波浪载荷及结构动态响应易受船首瞬态砰击载荷的影响,在船舶结构设计与安全评估中需考虑高频砰击颤振的情况。     

水泥稳定碎石室内振动击实曲线优化研究

为获取规律良好的二次凸形振动击实曲线,减少对击实曲线的补点试验,依托国道110呼和浩特至毕克齐段一级公路的两个路面合同段,采用振动击实仪对水泥稳定碎石进行室内振动击实试验,探讨预定的含水率间距对不同水泥剂量下振动击实曲线的影响,并与重型击实曲线进行比较分析。试验结果表明：预设的振动击实含水率间距与水泥剂量之间存在一定的联系,将直接影响振动击实曲线成形的好坏。当预定的含水率间距为1%时,高水泥剂量（>5%）下的振动击实曲线随含水率增加而逐渐呈现试验点“聚积”现象,而低水泥剂量（≤5%）条件下仍能形成规律良好的振动击实曲线。反之,预定较小的含水率间距（0.5%）时,在合理的水泥剂量条件下,振动击实曲线呈现出规律更良好的二次凸形曲线特征,从而能够快速准确地获得水泥稳定碎石的最大干密度和最佳含水率。通过与重型击实试验的比较,验证振动击实下的水泥稳定碎石的干密度对含水率敏感性更高,并提出水泥稳定碎石室内振动击实曲线绘制的优化方法。该项研究不仅能快速准确地为振动压实下的水泥稳定碎石配合比设计提供控制指标,而且填补了室内振动击实曲线绘制经验的空白。     

铁尾矿砂的静力学特性研究

测试分析了繁峙-代县一带铁尾矿砂的外观形貌、物理性质、化学成分等基本性质,探究了特细铁尾矿砂的击实特性、承载比(CBR)、抗剪强度等静力学特性,结果表明：繁峙-代县一带的铁尾矿砂均属于特细砂,比重略大于土,SiO₂+Fe₂O₃含量大于80%;特细铁尾矿砂的击实曲线具有干压实(风干状态)和湿压实(最佳含水状态)两大特征,最佳含水率在13%左右、最大干密度在1.79 g/cm³左右;特细铁尾矿砂的CBR值较低,黏聚力较小,不宜直接作为路基填料。     

二维楔形体入水问题的数值和实验研究

船舶在极端波浪条件下会产生剧烈的砰击,瞬时产生的巨大作用力会造成船体结构的损坏,因此准确预估入水砰击过程非常重要。本文通过数值和实验,分析楔形体入水过程中运动、受力以及自由表面的变化情况,验证光滑粒子流体动力学(SPH)方法在楔形体入水问题上的适用性和准确性,并使用此方法分析楔形体入水时楔形体斜升角和入水速度的影响。结果表明,光滑粒子流体动力学方法在解决入水问题上有很好的准确性,在楔形体受力和自由表面变形上与实验结果有很好的吻合度。通过计算发现,最大砰击力与楔形体斜升角的三次方成正比,与入水速度的二次方成正比,增大楔形体的斜升角和降低入水速度,都可有效减少入水砰击力。     

二维平底结构砰击载荷数值计算的不确定度分析

依照ITTC推荐规程,针对二维平底结构入水砰击最大压力系数的数值模拟结果,进行了CFD中的不确定度分析。数值计算中选取中间尺度的时间步长,验证不同粗细三套网格。然后进行了验证分析及确认分析,评估了对比误差和确认不确定度,确认过程全部完成。     

砰击载荷作用下船底肋骨等效设计压力的确定

通过一个船体二维分段的自由落体试验,测量模型入水速度、砰击压力和结构响应,获得模型底部板架在砰击载荷作用下的响应特征;对结构模型在均布静压力作用下的应力响应进行有限元分析;比较试验和计算得到的应力响应,获得作用在模型肋骨上的砰击压力的折减系数,从而使该结构在设计时仍可按常规的静力计算方法进行强度校核。该折减系数与船体入水速度成线性关系,在已知船体设计入水速度和试验压力分布时,可以获得船体设计均布静压力。     

初始因素对高速物体砰击水面后动特性的影响

文章基于ALE理论,建立了高速物体砰击水面的三维有限元模型,通过数值计算,分析研究了物体质量、水平初速度、竖直方向初速度、水深和水面宽度分别对高速物体砰击水面后弹起高度和水平方向位移的影响.研究结果对工程中诸如民航飞机水上迫降、水上飞机水上降落等的初始参数优化具有重要的参考价值.     

昆明新机场红粘土填筑料击实试验研究

介绍了击实试验的基本原理和影响因素,并对昆明新机场红粘土进行击实试验研究。对于红粘土,干法与湿法击实试验备样方法不同,得到的最大干密度差别较大,二者的平均差异绝对值为0070 g/cm3,相对差异为45 %;平均最佳含水率绝对差异为42 %,相对差异为97 %。红粘土最大干密度和最佳含水率的测定宜根据现场施工土料取样进行室内击实试验或三点击实试验;缺少现场试验成果时,建议最佳含水率采用230 %,最大干密度采用1610 g/cm3。     

高桩码头基桩完整性检测技术研究综述

高桩码头基桩与单桩最主要的区别是其存在上部结构,上部结构存在对应力波在高桩码头基桩中的传播有明显的三维效应影响。根据国内外基桩完整性检测的研究现状,系统介绍:应力波在普通单桩与高桩码头基桩中的传播特性,以及二者的区别;高桩码头基桩完整性检测亟需解决的问题,即确定最佳的击振位置和信号接收位置;高桩码头基桩完整性检测研究的思路,包括应用有限元数值模拟和小波分析等。