全回转起重船多系统耦合运动响应仿真分析

根据运动学基本原理,计入船-吊物、船-锚链耦合影响以及起重船自身受到的外环境载荷,建立船舶多系统运动模型。利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,对多系统耦合作用下的船舶运动进行数值分析。分别在不同的遭遇浪向角和不同的吊臂回转角下,对船舶在各自由度上的位移进行比较,得到其对船舶运动参数的影响规律。结果表明:起重船运动过程中因计入多系统耦合影响,自身运动也表现出更为符合实际的运动特性,为准确预报全回转起重船多系统的运动响应提供了更为科学的理论依据。     

Spar基础浮式风机系泊系统全耦合分析

本文以OC3 Hywind Spar基础浮式风机为研究对象,采用先进的空气动力-水动力耦合时域分析方法,针对其在中国南海某海域风浪流共同作用下,系泊系统、浮式基础运动以及风机与塔桶载荷响应进行分析。对比了定常风与湍流风模型对浮式风机系泊系统、整体运动响应以及风机载荷的影响。计算结果表明：相比于湍流风,采用定常风进行浮式风机系泊系统分析将得到偏于危险的结果,同时浮式风机运动响应与风机载荷结果偏小。本文建议在系泊系统初始设计阶段采用定常风方法进行设计,在系泊分析阶段采用湍流风进行分析,以保证浮式风机长期服役安全。     

金沙江宜宾段非恒定流过程及传播特性

金沙江、岷江的非恒定流调节过程较为复杂,在宜宾汇合后形成新的非恒定流向下游传播。通过近年实测资料,分析金沙江、岷江非恒定流特征及汇合效果。结果表明:宜宾段非恒定流特征与向家坝电站下泄非恒定流的符合度更高,岷江的非恒定流无典型过程;宜宾段水位变幅和金沙江、岷江水位变幅存在线性关系;涨幅在1.7 m左右,起调水位在1 m左右的泄水波可作为宜宾段非恒定流过程的典型代表,其在下游的传播速度沿程基本保持一致,衰减幅度随着距离的增加而减小。     

中小跨径公路混凝土简支梁桥冲击系数研究及建议取值

为弥补中国现行桥梁规范中计算动力冲击系数时考虑因素单一的不足,对冲击系数的影响因素进行研究,并提出更合理的冲击系数建议值。首先,根据中国桥梁通用图集建立13座不同截面形式和不同跨径的常见中小跨径公路混凝土简支梁桥的有限元模型,结合能表征中国设计车辆荷载动力特性的三维车辆数值模型,建立车桥耦合振动分析系统。然后,基于车桥耦合振动分析系统,研究桥梁基频、桥面不平整度、车速和车质量等因素对动力冲击系数的影响,并与中国现行桥梁设计规范中的动力冲击系数取值进行对比分析。最后,提出冲击系数的建议值,并与世界各国桥梁规范中的冲击系数取值进行对比,讨论建议值的合理性。结果表明:桥面不平整度是影响冲击系数的重要因素,在桥面好的情况下,冲击系数均在0.1以下,低于规范中规定的冲击系数,而桥面很差时,冲击系数可达0.5,远大于中国现行规范中的冲击系数设计值,因此,定期对桥面进行维护能有效减小车辆对桥梁的冲击效应;质量轻的车辆引起更大的冲击系数,但由于车辆总质量轻,其导致的总荷载效应仍然较小,而重车虽然引起的冲击系数较小,但由于其导致的总荷载效应较大,更易对桥面造成损伤,因此,限制超载尤为重要。     

带缺陷隧道底板结构空气耦合冲击回波响应特性研究

针对隧道底板中空腔、含水、裂缝等结构内部损伤情况,为提高传统接触式冲击回波方法的检测效率,从气-固耦合的角度出发,以空气作为底板结构与检测系统之间应力波传播的耦合介质,开展隧道底板结构内部缺陷的空气耦合冲击回波响应特性研究。研究结果表明： 1）采用空气耦合冲击回波的方法确定的底板结构内部缺陷深度与缺陷理论深度值基本吻合; 2）检测系统的精度与缺陷尺寸及深度有关,随着缺陷尺寸的减小及深度增加,检测精度逐渐降低; 3）空气耦合冲击回波方法对空腔和含水缺陷的检测效果优于裂缝缺陷检测效果。     

A multiscale material-structure-hydroelasticity coupled analytical model for floating sandwich structures with hierarchical cores

A novel material-structure-hydroelasticity coupling analytical model is proposed for marine structures, which is utilized for the calculation and optimization of a very large floating sandwich structure (VLFSS) with a hierarchical ultrahigh-performance concrete (UHPC) core in this study. For the coupling material and structure analysis, three-dimensional representative volume element and self-consistent methods are developed to reveal the physical relations between the UHPC core's macroscale mechanical properties (e.g., modulus and density) and mesoscale hierarchical characteristics (e.g., aggregate and porosity) and to obtain the corresponding parameterized formulas. For the coupling material-structure-hydroelasticity analysis, a sixth-order dynamical equation for the potential flow model of the VLFSS, in which the hierarchical core's parameters are introduced through the material-structure coupling formulas, is developed. The hydroelasticity equations containing multiscale parameters are solved, and the mechanical responses are calculated. Using this coupled multiscale method, the shear force in the representative VLFSS is optimized for a smaller amplitude, which relies on the interactivity of the hierarchical structural parameters and wave conditions. These results demonstrate the potential of the multiscale coupling methodology to achieve the physically significant optimization of a floating composite structure in ocean engineering.     

近场动力学方法及其应用

近场动力学作为一种非局部理论,能够通过键的失效来自发模拟材料的失效、破坏,其在海洋工程领域已取得初步的研究成果,尤其是在冰区船舶与海洋工程领域,更显出了该方法的优越性。为了更好地了解近场动力学在冰区船舶和海洋工程中的应用,对近场动力学在冰区船舶与海洋工程应用中的问题进行梳理,主要包括冰材料本构模型、冰−结构作用模型、冰−水耦合方法、结构物力学模型、水下爆炸破冰应用及结构表面覆冰除冰的应用等。同时,在全面回顾已有研究成果的基础上,分析其特点和面临的挑战,探讨相应的解决思路和未来的研究方向。     

复杂外形潜水器的动力学建模

为建立复杂外形潜水器精确的动力学模型,并基于模型设计控制算法,本文以DOE HD2+2无人遥控潜水器(ROV)为对象,应用计算流体力学(CFD)粘流方法与面元法预测水动力系数.为提高计算速度,在保证计算精度的前提下,采用多面体网格,进行网格优化,减少了流体域的网格总数.由于ROV几何外形不对称,基于最小二乘法分段拟合了阻尼力/力矩与速度的曲线,建立了耦合的阻尼矩阵和附加质量矩阵.最后,基于CFD计算的水动力系数建立了Matlab Simulink动力学仿真模型,并通过水池操控实验对所建动力学模型进行了有效性验证.     

深水SPAR风机系统全耦合动力响应分析研究

文章采用联合开发的计算程序对深水SPAR风机的浮体、锚泊和风机各子系统进行了水—气动力的全耦合数值分析,研究了深水浮式风机系统的动力响应特点。浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细长杆理论通过非线性有限元方法实现,风机系统的空气动力分析采用基于多体气动弹性理论的FAST模块。以浮体控制方程为主体,通过模块间的载荷与位移传递在每个时间步上迭代求解,形成完全耦合的时域分析方法。通过对NREL的5MW SPAR风机系统在随机海况下的水动力响应分析,验证了该方法的有效性,并分析了浮式风机子系统间的混合动力作用。     

汽油机活塞组—气缸套整体耦合传热模型及应用

采用直接耦合的有限元分析方法对一汽油机的活塞组—气缸套系统的瞬态传热过程进行了研究。通过将润滑油膜假设为一维热阻,建立了活塞组—气缸套整体耦合系统的三维传热模型,应用所开发的三维流体动压润滑分析程序对活塞环组沿周向瞬时变化的油膜厚度进行了计算与分析。以LJ377MV汽油机活塞组—气缸套零部件为对象进行了应用研究,获得了更为清晰的多部件间的相互传热关系。