水面舰船附近气泡运动数值模拟

当气泡在自由面和水面舰船附近运动时,两者的存在均会对气泡脉动产生影响。基于不可压缩势流理论,采用边界元方法对边界积分方程进行求解。针对建立自由面需要大量的网格,且处理自由面与水面结构交界面时数值不稳定,采用考虑自由面效应的格林函数取代基本格林函数,通过与自由面附近气泡轴对称模型的计算结果进行对比,验证了该方法的有效性。通过对舰船结构附近的气泡运动射流特性进行模拟,发现当药包在舷侧和自由面附近爆炸时,气泡射流可能不会完全作用在舰船上,自由面效应的存在削弱了气泡的打击能力。     

钢轨波磨区轨道短波不平顺与轮轨垂向力的关系

为研究车辆通过钢轨波磨区段时轨道短波不平顺对轮轨垂向力的影响特征,建立了三维轮轨接触有限元模型,计算并分析不同运行速度条件下不同波长、幅值的轨道短波不平顺引起的轮轨垂向力的响应特点及分布规律,并得出各速度级下的轮轨垂向力基准值(120 kN)等势线。结果表明:运行速度相同时,轮轨垂向力随轨道短波不平顺幅值的增加而增大,随波长的增加先增大后减小;轮轨垂向力与轨道短波不平顺的形状参数(幅值与波长的比值)有关,形状参数小于0.003时,轮轨垂向力与形状参数近似成线性关系,其斜率与波长、车速正相关;随着车速的增加,引起大于轮轨垂向力基准值的轨道短波不平顺波长范围逐步扩大。管理轨道短波不平顺时须考虑线路的设计时速,时速300 km的线路应严格控制波长小于325 mm、幅值大于0.15 mm的轨道短波不平顺。     

大型破冰船青睐核动力

  目的  核动力破冰船具有续航时间长、破冰能力强等优点,可以为我国极地科学考察事业提供保障。针对未来我国核动力破冰船的发展方向,开展船用反应堆非能动安全壳冷却系统（PCCS）换热器特性研究。  方法  利用Fluent软件对关键设备的换热器进行建模,研究不同方案下的流量分布情况。  结果  模拟结果显示：增大传热管束中心管间距可提高流量分配的均匀性;分配联箱与汇流联箱的截面积比取为0.7时,流量分配较均匀。  结论  所做研究可为我国新一代核动力破冰船反应堆的方案设计提供技术参考。     

高速排水型舰船加装尾板的节能机理

  目的  尾板设计一般追求高速减阻,对于同时以巡航和设计航速为优化目标的水面舰船尾板设计,其航速覆盖范围广,需重点对尾板参数的选取予以研究。  方法  采用计及航行姿态的粘性兴波流场数值模拟与模型试验验证相结合的设计方法,开展尾板多工况参数化优化设计。通过多方案数值仿真与阻力、自航模型试验的对比分析,总结得出尾板长度和下反角对于排水型水面舰船巡航和设计航速减阻节能的影响规律,并对CFD数值模拟结果的有效性进行初步的分析验证。  结果  结果表明,通过对尾板参数的优化,巡航航速约可节能3%,设计航速约可节能5%,达到了巡航和最大航速同时实现减阻节能的设计目标。  结论  所做研究可为后续排水型水面舰船尾板参数的优化设计提供理论支撑。     

近距空爆下复合抗爆舱壁变形破坏模式试验研究

  目的  为了提升多次水下爆炸载荷作用下舰船结构的抗爆性能,给出一种模拟多次水下爆炸的数值方法。  方法  通过试验与数值仿真相结合的方法研究多次水下爆炸载荷作用下直径为600 mm、厚为5 mm的背空固支45^#钢板的动态响应,得到钢板的塑性变形历程并分析其塑性变形规律。  结果  结果表明：背空固支45^#钢板在多次水下爆炸载荷作用下的塑性变形形貌呈类球冠形,变形模式以弯曲变形和双向拉伸变形为主。药量与爆距一定时,钢板中心挠度增量随着水下爆炸加载次数的增加而逐渐减小,且第二次爆炸加载后挠度增量为首次爆炸加载后挠度的1/3。总药量不变时,与多次均匀水下爆炸加载结果相比,单次水下爆炸加载后钢板的挠度与厚度减薄率均偏大,中心挠度最大相差20.25%。  结论  试验与仿真结果具有较好的一致性,研究结果可为舰船防护设计提供参考。     

豪华邮轮极限强度计算的有限元方法研究

为揭示豪华邮轮极限状态的变形特征,考察初始几何缺陷的影响,文章对一艘理想的巴拿马客船进行整船有限元分析,发现船舯位置上层建筑与主船体以双平截面的方式变形。鉴此,参考"双梁理论"假设上层建筑与主船体绕各自形心受弯转动,提出了一种利用柱间有限元模型进行豪华邮轮极限强度计算的方法,对比经典的极限强度有限元计算方法,精度有明显改进。     

水电工程地质钻探岩芯的保管

  目的  探究使用计算流体动力学（CFD）方法分析大洋勘探船岩芯储存库内的温度分布。  方法  岩芯储存库库内设计温度分别为高温库4 ℃,低温库−20 ℃,控温精度为±1 ℃,选择标准k-ε模型进行CFD模拟。在空库吊顶情况下,岩芯储存库的冷风机分别采用横向、纵向和斜角布置方式,模拟不同方案的温度分布,确定冷风机的最佳放置方式,并与实验结果进行对比分析。  结果  研究表明,冷风机采用横向吊顶布置方式时温度偏离程度较小,且温度分布区域大多合格,布置方式合适。温度模拟与实验结果的误差基本在10%以下,也证明了CFD数值模拟结果较准确。  结论  CFD技术可准确模拟岩芯储存库内温度分布情况,为岩芯储存库冷风机设计提供科学依据。     

多种破坏因素下舰船电力系统三维战损综合评估

分析武器攻击产生的4种主要破坏因素对设备的损伤机理,对船体和电力系统进行三维数字建模,采用Matlab编程进行蒙特卡罗模拟多种常规武器攻击。考虑多种破坏因素,提出武器多次命中时电力系统各部分损伤概率和损伤等级的计算方法。利用层次分析法确定权重,综合评估电力系统的损伤,提出电力系统的设计及防护建议。     

单侧轨道不平顺数值模拟

采用傅立叶逆变换将轨道不平顺功率谱密度转换为时域不平顺序列, 分析了美国轨道中心线各种不平顺的相关性。利用轨道中心线不平顺与左右轨道不平顺的关系, 将中心线轨道不平顺等效转换为左右轨道的垂向和横向不平顺, 通过车辆动力学仿真计算了轮轨作用力响应, 并比较了美国五级谱单侧不平顺与中国干线谱不平顺。比较结果表明: 各种中心线不平顺之间相关系数均小于0.3, 为微弱相关, 可视为统计独立的; 中心线轨道不平顺响应与等效后的左右轨道不平顺响应的相关系数均大于0.8, 为高度相关, 验证了等效转换的正确性; 美国五级谱单侧不平顺功率谱密度在低频部分高于中国干线谱, 在高频部分则低于中国干线谱。     

流线型桥梁断面雷诺数效应

采用数值模拟方法计算了不同雷诺数苏通桥流线型断面三分力系数, 通过风洞试验研究了宽高比为10∶1的流线型桥梁断面的雷诺数效应, 分析了雷诺数对阻力系数、表面压力系数、风压功率谱及斯特罗哈数的影响, 研究了粗糙度对雷诺数效应的抑制作用。分析结果表明: 阻力系数随雷诺数的增大而减小, 雷诺数会改变表面压力系数0值出现的位置, 斯特罗哈数对雷诺数有平台区存在, 低雷诺数风洞试验测得的斯特罗哈数比实桥值小20%, 因此, 流线型桥梁断面存在明显的雷诺数效应, 且粗糙度对雷诺数效应有抑制作用。