冰区航行船舶冰阻力数值研究进展

冰阻力是影响船舶在冰区航行性能的关键因素。当前主要的冰阻力研究方法有经验公式法、模型/实船试验法和数值模拟方法。数值模拟方式能够对船舶破冰的全过程进行快速模拟,且模拟成本低,参数易于控制 、结果较为准确,是一种比较适宜的冰阻力预报方法。随着计算技术的进步,各种数值模拟方法层出不穷,其中包括基于网格单元的有限元模型,基于无网格方法的离散元模型、SPH法、近场动力学模型等;近年来,网格模型与无网格模型的耦合方法也逐渐发展起来。文章简要梳理了冰区航行船舶冰阻力数值研究的进展,并基于研究现状提出尚需进一步解决的问题,意在为进一步提高冰阻力数值模拟精度提供参考。     

海水-冰晶两相流非等温流动及传热研究

船舶在冰区航行时,存在冰晶颗粒混合海水流入船舶冷却系统现象。基于颗粒动力学理论,建立适用于海水-冰晶两相流的欧拉-欧拉双流体模型,耦合相间传热传质模型对海水-冰晶两相流在水平直管内流动及传热特性数值模拟。研究表明,冰晶颗粒流动过程中,在管道上部位置R=8~10mm处冰晶体积分数达到最大值,且随着速度增加而增大;当入口含冰率(IPF)为4%时,冰晶速度的最大值出现在管道中心轴线上方。当入口速度为1.0~3.0 m·s-1,含冰率4%~30%时,局部传热系数随入口速度及含冰率增大而增加。     

基于isight响应面模型的白车身轻量化研究

在保持车身结构性能不变的情况下,对白车身进行灵敏度分析,根据灵敏度分析结果,选取58个零件厚度作为设计变量,在isight中采用优化拉丁超立方方法对样本采样,对白车身弯扭刚度及1阶扭转模态进行分析,采用1阶响应面方法建立白车身弯扭刚度、1阶扭转模态及质量近似模型,近似模型拟合优度值R2均大于0.9,具有高可信度,最后通过近似模型优化方法 SQP(Sequential Quadratic Programming,序列二次规划法)完成白车身减重。优化后的弯扭刚度及1阶扭转模态都达到设计要求,在材料不变的情况下,质量减轻约23.6kg;基于isight多学科优化方法结合相应有限元分析软件在车身减重方面具有很好效果。     

沟谷斜坡段填方对建筑工程地基基础的影响研究

以西南地区沟谷区域的某建筑工程项目为例,根据斜坡段新填土的几何学特征和运动学特征并结合现场施工条件,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了沟谷区域斜坡段填方对建筑工程基础的不利影响,计算分析土体和建筑基础结构位移、剪切应变分布规律。结果表明:新填土的参数不断减弱以及结构上方面荷载的增加都将导致填方后该工程区域土体和桩基位移、沉降、剪应变均有所增加;同时,针对斜坡段填方对建筑工程基础主要不利影响的表现形式,提出了填土体注浆加固、加强桩基等一些相应预防或处理措施。     

含煤公路隧道施工瓦斯突出安全风险评估

针对隧道施工中瓦斯突出安全风险评估模糊性与随机性并存的特点,基于云模型理论,选取煤的坚固系数、煤层的厚度等8项主要影响因素构成评估指标体系,并将每项评估指标具体量化为4个风险等级,分别计算各评估指标隶属于不同风险等级的云模型数字特征值,通过层次分析法确定指标权重,结合正向正态云发生器,计算综合确定度并确定施工安全风险等级。采用该评估模型对工程实例进行分析,结果表明该模型是合理可行的。     

某金沙江大桥顺层岩质岸坡稳定性分析

顺层岩质边坡的稳定性常常影响到山区高速公路建设的顺利开展。通过对金沙江某拟建大桥的工程地质和岩体结构分析,采用基于地质强度指标（GSI）的等效Mohr-Coulomb强度参数法确定了桥基岩体力学参数,并用极限平衡法分析了四川侧岸坡拉裂-滑移破坏模式的稳定性。计算结果表明:四川侧岸坡在天然工况和暴雨工况下是稳定的,但在暴雨+地震工况下处于欠稳定状态,需要采取支挡措施。     

长江口软基围堤施工的加载速率效应

针对长江口某围堤施工软土堆载过程中的稳定性问题,进行不同加载模式下的应力路径试验,分析长江口软黏土的应力-应变关系、结构损伤特性、强度及应变率发展模式,为该围堤工程的施工速率选取及施工过程中的稳定性控制提供技术依据。结果表明:在不考虑固结的前提下,土体的不排水抗剪强度几乎不受加载模式影响;最终强度与达到破坏时的应变大小无关,但与分级加载时间和分级静置时间存在相互作用关系;土体失稳时的应变率与加载速率和静置时间均有一定关系,且加载速率的影响更大;当加荷超过不排水抗剪强度的80%时,或分级最大应变率逐渐偏离加载初期的线性变化,土样濒临破坏。     

基于Markov的系统级动力定位控制系统可靠性分析

针对Markov模型在处理大型冗余系统可靠性问题时会遭遇系统状态量过大,计算耗费时间长,甚至无法有效计算等问题,提出将冗余DP控制系统进行有效分割,分别建立主、备控制系统的Markov模型,进而结合分系统的故障率建立系统级的Markov分析模型。该策略将子系统作为独立的可靠性分析单元,无需获取复杂DP控制系统的所有状态量,大幅减少了系统状态转移的分析量,从而可有效提高冗余控制系统可靠性分析的效率。     

基于港口群联合调度的防台锚地规模优化研究

为了丰富我国港口防台锚地规划研究、提升港口航运安全、进一步促进港口可持续发展,合理规划应急锚地容量,以船舶数量、靠港船型、锚泊面积及台风影响情况作为因素分析锚地需求,并以港口群联合调度为主要手段,考虑锚地建设成本、维护成本以及基于联合调度的船舶疏散避台航线费用,优化防台锚地建设面积,在保障整个水运系统安全的基础上,减少建设维护成本。以福建省沿海港口为实例的研究表明,在资源共享、联防联调的基础上,能够合理配置锚地资源,确定科学的防台锚地规模,保障福建航运系统安全。     

考虑船舶影响的超高扬程升船机地震响应研究

采用ANSYS有限元软件,建立了200 m扬程的升船机整体有限元模型,包含了卷筒、钢丝绳、平衡重、塔柱、承船厢、顶部联系梁、纵横导向机构、挡土墙以及地基。利用Housner模型和修正Housner模型简化了厢-水、厢-水-船动力耦合模型。通过有限元计算,对比分析了8度地震作用下,厢内有船和无船两种工况时,升船机塔柱以及承船厢的位移和加速度响应以及特征部位的应力响应。结果表明:升船机塔柱顶部的最大横向位移为36.61 cm,满足规范限值要求;地震作用下底板和塔柱筒体的交界面发生应力集中现象,需加强配筋;厢内船舶对升船机整体系统的动力响应影响不大,但是对承船厢有较为明显的影响,在研究地震作用下承船厢动力响应时,厢内船舶不能被忽略。