水下浮式结构优化设计及力学特性试验

针对大长细比浮式结构水下工作时存在涡激振动、结构稳定性差、动态特性明显等问题,分析计算水下浮式结构力学特征、动力学特性,寻找解决减小水下浮式结构涡激振动效应的方法。同时采用物理模型试验方法验证研究成果的准确性。研究结果表明,采用合理导流板结构形式,可有效降低水下浮式结构涡激振动效应。该理论分析与仿真计算方法可有效应用于水下浮式结构优化设计。     

Dynamic response and performance of submarine tunnel subjected to surface explosions

Recently, external terrorist activities have become one of the most influential events on structural safety because of the absence of proper mechanisms to detect these events. In this study, the effects of surface explosions on the dynamic response and blast resistance of a submarine tunnel are investigated by using a coupled Lagrange and Euler (CLE) method. The feasibility and accuracy of the numerical method and material models are verified against the experimental data. After that, the numerical model is utilized to investigate the dynamic behavior and damage evolution of the submarine tunnel subjected to surface explosions. The dynamic behavior of the tunnel under various detonation scenarios in terms of the explosive weight and water depth is explored. Both the localized damage mechanism and the global structural response of the tunnel are examined. Empirical formulas are proposed to predict the failure modes of tunnel. Besides, studies of tunnel protection against potential attacks by using carbon fibre reinforced polymer (CFRP) and ultra-high performance concrete (UHPC) are also discussed. Numerical results in this study provide tunnel owners and engineers with thorough and important information on the structural performance of submarine tunnels subjected to blast loads, helping them in choosing effective protection strategies for potential explosion events.     

水下机器人结构形式及其发展趋势分析

水下机器人的结构是影响其运动性能的重要因素。按框架式、刚性外壳仿生式、柔性外壳仿生式、球形、滑翔式和链式6类结构,对水下机器人结构形式的发展现状和存在的关键技术问题进行分析。重点分析各类结构的驱动速度、加装载重和运动灵活性,以及在水下环境中的运动性和适应性。研究结果表明,水下机器人的结构形式正朝着高度柔性化、整体与局部结构之间高度变形化和多体结构可分离化的方向发展。     

环肋圆柱壳在水下爆炸冲击下的响应

针对水下非接触爆炸问题过程复杂、计算速度慢的问题,本文以一环肋圆柱壳为例,基于以内嵌的水下爆炸载荷计算方法和声-结构耦合方法为关键技术的水下爆炸分析法(AUA),对其水下爆炸冲击下的响应进行了分析。结果发现,壳板厚度对圆柱壳的水下非接触爆炸响应有较为显著的影响,随着壳板厚度的增加,环肋圆柱壳最大位移减小的幅度逐渐变小。在爆炸初期爆距对环肋圆柱壳冲击响应的影响不大,随时间的推移这种影响逐渐增大,环肋圆柱壳各测点变形随爆距的增大线性减小;当肋骨间距大于0.25倍环肋圆柱壳长时,环肋圆柱壳最大变形量可减小90%;继续减小肋骨间距,环肋圆柱壳最大变形减少量并不明显,说明肋骨对其附近测点和中间的板壳起到了显著的加强作用,肋骨间距为0.25倍环肋圆柱壳长时为最经济的肋骨布置方式。     

舰船油舱新型抑爆材料抑爆效能实验研究

本文采用实弹炮击的形式试验研究了2种新型抑爆材料对舰船油舱的抑爆效果。分别用高速相机、红外热像仪和压力传感器来记录爆炸图像、温度场分布以及爆炸超压,试验结果与空白实验进行了对比。通过试验研究,给出了2种抑爆材料在喷气燃料(RP-3)爆炸过程中的高速图像、温度分布以及爆炸超压曲线等数据,为未来选取舰船油舱抑爆材料提供了一定的理论基础。试验结果表明,网状高分子材料和非金属球形材料在不同程度上对舰船油舱起到了抑爆效果。     

长周期波影响的河口防波堤施工技术

波浪是影响沿海防波堤最重要的水动力因素之一，长周期波能够穿透可透浪防波堤，对防波堤防护内的水动力环境产生极大影响，给防波堤等水工建筑拆除及新建施工带来一定的困难。针对西非某运河口门处防波堤工程，根据其处于长周期波影响环境下、水上施工困难等问题，分析防波堤各分项工程的施工特点、难点，并制定相应的解决方案，最终顺利完成防波堤的改建施工。     

隧道掏槽爆破中起爆点位置对爆炸能量传输的影响作用及其比选研究

为比较评价起爆点位置对隧道掏槽爆破效果的影响，分别基于一维等熵流爆轰理论和柱状药包爆炸应力场叠加模型，分析了柱状药包爆轰波传播的方向效应和时间效应，揭示了起爆位置对爆炸能量传输的影响作用机理；通过单孔爆破现场试验，对比分析了正向起爆、反向起爆和中点起爆等传统起爆方式下孔口岩体的破裂形态及地表爆破振动峰值，佐证了起爆位置对爆炸能量传输的影响作用规律；依次建立了普通单孔爆破和隧道掏槽爆破数值模型，模拟计算了正向起爆、反向起爆和中点起爆3种传统起爆方式下的炸药爆轰加载特征与爆破损伤演化规律，评价了传统起爆方式下掏槽爆破效果的优劣，并探讨了掏槽孔起爆方式的改进方案。研究结果表明：起爆位置的影响作用机理源于柱状药包爆轰波传播的方向效应和爆炸应力场叠加的时间效应，柱状药包起爆后爆轰产物和爆炸能量偏向于爆轰波传播的正向传输，其应力场也在爆轰波传播的正向叠加增强；试验结果显示，反向起爆时孔口岩体破裂与鼓包痕迹最为显著，中点起爆次之，而正向起爆最小；传统的反向起爆、正向起爆和中点起爆均有各自的利弊，反向起爆利于形成爆破漏斗，但易于造成根底，限制了掏槽爆破进尺，正向起爆虽有助于孔底岩体破碎，但容易在孔口形成大块，岩体抛掷效果也较差，中点起爆可兼顾孔口与孔底岩体的破碎，但孔中部岩体的破碎不充分，为此尝试提出了一种基于邻孔反向传爆的混合起爆方式，其结合了传统起爆方式的优点，且增强了邻孔之间的拉伸和剪切效应，岩体破碎较为均匀。     

一种新型橡胶软管减振效果试验分析

水下航行器海水泵在工作时会产生强烈的振动并通过管路传递到航行器壳体。过大的振动不仅会影响航行器的正常工作,也会降低航行器的隐身性。为降低海水泵振动向壳体的传递,设计由芳纶纤维编织的氢化丁腈橡胶制成的新型橡胶软管。在不同系统运行工况条件下,将刚性管路和该橡胶软管进行试验对比。结果表明,新设计的橡胶软管具有良好的减振隔振性能。与刚性管路相比,该橡胶软管可以明显衰减海水泵向壳体的振动传递,具有较好的工程应用前景。     

仿金枪鱼水下机器人摆动-滑行游动数值研究

为探讨摆动-滑行方式的游动机理,本文基于RANS求解器和区域网格整体动态运动技术,建立了仿金枪鱼水下机器人摆动-滑行的自主游动计算模型,数值模拟其从某一速度自由加速到速度值稳定波动状态,分析了游动稳定时速度、水动力、尾涡等的变化特点,并比较了不同滑行时间的影响。计算结果表明:摆动滑行时间相同时,机器人的速度均值比正常游动下降了30%,但波动幅值为后者的3倍;水动力的大幅快速变化导致摆动阶段游动效率下降,但在滑行阶段利用了滑行惯性和尾流区的脱落涡吸收能量。随滑行比增大,游动速度均值下降,但速度功率比却逐渐上升。所计算工况下,滑行比不小于0.6时,摆动-滑行游动比正常游动更节省能量。     

水下无人作战系统武器控制安全性研究

水下无人作战系统将是未来海战中的重要力量,其武器控制关系到察打一体功能实现,但武器控制的安全性问题异常重要。本文首先对影响水下无人作战系统武器控制安全的因素进行分析,然后从设计、使用和维护方面提出水下无人作战系统武器安全控制设计构想。通过采用软硬件冗余、容错设计,提升系统健壮性;通过建立无人健康管理机制,提升系统稳定、持久性;通过采用可变自主决策机制,保证控制决策正确性、时效性;同时根据水下、无人的特点,研究适用武器控制安全策略。通过以上设计,能够有效提高水下无人武器控制的安全性,对水下无人作战系统武器控制工程实现具有一定借鉴意义。