振荡来流下柔性立管涡激振动响应特性试验研究

在顶部浮体的带动下,悬链线立管的动力响应会诱发其周围产生相对来流,而这种振荡来流将激励立管悬垂段产生“间歇性”的涡激振动。文章在海洋工程水池中对不同最大约化速度URmax、KC数组合下的振荡来流作用下的柔性立管开展模型试验研究,利用光纤应变片测量模型的涡激振动响应。结合模态分析与小波变换对试验数据进行分析,讨论并总结了最大约化速度URmax以及KC数对涡激振动位移幅值响应特性的影响规律。文中进一步分析发现振荡来流下的涡激振动响应还存在“迟滞”及“高阶谐频”现象。     

光滑深海立管涡激振动 DES模拟

针对深海立管涡激振动流场建立计算模型,分析了第一层网格高度、网格数量、时间步长对深海立管涡激振动DES模拟的升力系数、阻力系数、斯特罗哈尔数的影响,通过与文献中实验、计算数据的对比,说明SSTk-ω湍流模型基础上的 DES方法模拟低雷诺数深海立管涡激振动准确合理;网格第1层高度对计算精度影响较大,按0.51确定 DES方法的第1层网格高度可得到满足要求的。     

串列双立管涡激振动抑制研究

实际工程中深海立管常以管群的方式出现,当立管彼此相互靠近时,会发生流场干涉效应。为研究立管间相互干涉作用及螺旋侧板抑制双立管涡激振动的效果,本文基于Ansys Workbench平台,采用双向流固耦合技术对Re=7800均匀来流下长径比为482的串列双立管进行三维数值模拟。结果表明,立管轴间距为5D时立管间有完整的涡旋脱落,下游立管在上游立管的尾流诱导下产生振动,双立管横向振动锁定在二阶模态,且振动方向相反。附加螺旋侧板能有效削弱双立管振动频率,降低上游立管横向振动幅值,但下游立管两向位移响应变化不大。     

控制杆对柔性圆柱涡激振动的抑制效果研究

涡激振动会造成海洋柔性柱状构件疲劳损伤,合理的抑制装置能够有效延长结构的使用寿命。控制杆是常见的涡激振动抑制装置,高雷诺数条件下,多根控制杆的排布方式对涡激振动抑制效果的影响有待进一步研究。文中通过设计室内模型实验,观测了高雷诺数条件下控制杆对柔性圆柱涡激振动抑制效果。圆柱模型的长径比为350,质量比为1.9,最高雷诺数可达16 000。研究结果表明:控制杆对柔性圆柱的涡激振动抑制效果显著,四根控制杆的抑制效果优于三根控制杆。     

中等雷诺数方柱绕流的直接数值模拟及涡系分析

作为一种典型的钝体绕流,方柱绕流具有物体几何外形简单而流场结构非常复杂的特性,常规的基于RANS的数值计算方法难以准确模拟。DNS不使用任何湍流模型,直接求解完整的非定常流动控制方程组,模拟包括脉动在内的湍流所有非定常流动量的时空演变过程,是湍流数值模拟中最精确的方法,在复杂流动数值模拟方面的应用潜力巨大。本文自主设计和编制并行数值模拟程序,使用基于"神威·太湖之光"国产CPU架构的大规模并行计算,开展了中等雷诺数(Re=10 000)方柱绕流的直接数值模拟。其中:不可压N-S方程组采用基于交错网格的有限体积法离散;压力-速度耦合采用SIMPLE算法处理;离散得到的代数方程组采用Gauss-Seidel迭代求解;时间步进采用Euler隐式格式,对流项采用QUICK格式,耗散项采用中心差分格式;数值模拟程序的并行化使用MPI方法处理。文中重点分析了方柱绕流的复杂涡系结构,同时给出了部分湍流统计结果,并通过与RANS和LES模拟结果的对比分析,展现了DNS在复杂精细流场模拟方面的优势。     

水流载荷作用下的潜艇潜望镜力学特性实测与分析

潜艇的潜望镜在升起的时候由于水流的冲击作用会产生弯曲及振动等问题。严重的弯曲及振动响应会影响艇内人员对海面的观察,降低潜望镜的测量精度,甚至损坏潜望镜。因此水流载荷作用下的潜望镜力学特性是潜望镜设计、使用等环节的重要参考。文章针对上述问题,设计了潜望镜实艇实验,采用了裸光纤光栅准分布式测量技术,实现了对潜望镜水流载荷作用下的动应变响应的快速测量。通过实测数据对潜望镜的静力与动力特性进行了分析,并与理论分析、数值模拟结果进行了对比。结果表明:当潜艇在10kns以内航速行驶时,潜望镜受到的拟静水流力及振动情况较小,实测结果与计算模拟结果吻合较好;当潜艇在10kns以上航速行驶的时候,潜望镜会发生强烈的涡激振动问题,实测结果远大于计算模拟结果。文中研究工作对潜望镜的设计、日常使用与维护等具有很好的参考价值。     

基于径向基函数神经网络的车门轻量化设计

以逆向设计得到的某轻型货车车门为例,探究该车门的轻量化潜能。以参数辨识所得到的关键零部件厚度为输入参数,车门刚度性能和车门质量为输出响应,建立了基于径向基函数(Radial Basis Function,RBF)的神经网络近似模型。在近似模型的基础上,以钣金件厚度为设计变量,车门抗凹刚度和下垂刚度为约束条件,以质量最小为目标,应用模拟退火优化算法实现了车门的轻量化。在保证车门抗凹刚度和下垂刚度性能满足设计要求的前提下,实现减重0.81kg,RBF神经网络近似模型的应用有效缩短了轻量化设计的时间。     

基于CFD模拟的钢管桁主梁气动特性研究

基于计算流体力学方法,以深圳市拟建山谷沟壑处景观桥为研究对象,建立三维仿真节段模型进行气动性能研究。首先研究节段桁架模型在对称边界条件下的合理性,得出可以利用节段模型来代替三维整桥进行数值模拟。然后通过比较三维整桥模拟与国内现行规范中桁架桥气动参数选取方法,做出检验并提出改进建议。以桁架桥结构截面的外轮廓和实面积比作为控制条件建立二维等效模型,采用4种二维圆管桁主梁CFD计算简化模型,并计算了在-5°、-3°、0°、3°、5°攻角情况下的桁架桥梁静力三分力系数。同时基于非定常时程曲线,对4种二维等效模型附近的空间流场结构、涡振性能差异进行了对比。