微势近场动力学在材料变形的适用性研究

本文讨论微势近场动力学模型在模拟结构无限变形和有限变形的一般性与普适性。微势近场动力学模型中键长变化采用二次方作为度量,针对平面应力和应变问题提出了应变的非局部度量形式,与经典连续介质力学一致将键长变化分解为两部分,一部分由体积应变引起,另一部分由偏差应变引起。变形键中产生的微势能假设为2个长度变化分量的函数,物质点处的非局部弹性应变能密度通过该物质点近场内键势的积分获得。物质点间采用指数-指数微势函数,通过非局部弹性应变能密度的Fréchet导数,建立依赖于微势函数的一般本构关系。数值实例进一步说明了所提出的模型能够模拟固体材料中的无限和有限变形。     

空泡下双向冰级桨水动力性能试验研究

针对空泡效应对双向冰级螺旋桨的正车性能和倒车性能的影响,本文采用螺旋桨模型空泡水筒试验方法,探讨均流环境中空泡数和进速系数对螺旋桨正车和倒车水动力影响,以及在冰阻塞环境中空泡数、进速系数和冰-桨距离对螺旋桨正车和倒车水动力性能影响。研究结果表明：均匀流环境中定水速变转速,严重的空化现象对推力和扭矩的削减大于由螺旋桨转速增加而增加的推力和扭矩;冰阻塞环境中定转速变水速,螺旋桨推力和扭矩受到冰阻塞和空泡共同作用,当空化严重时,推力和扭矩不再随阻塞距离的减小而增加;本双向螺旋桨的倒车性能要比正车性能差,进速系数越大,性能差越大,均匀流中进速系数为0.7时,推力系数的差值在80%左右;冰阻塞中随着冰-桨距离的增加,水动力差值随之增加,但增加幅值较小;空泡不断地在桨叶生成,并在与桨叶分离时快速溃灭,随着冰-桨距离的减小,近冰桨叶表面空化现象越严重,空泡发生面积越大,且空泡形状越不规则。     

航道碎冰条件下极地船舶冰压力分布特性

[目的]为研究船舶与碎冰作用过程中船体冰压力的分布情况,对航道碎冰条件下的极地船舶进行数值模拟分析。[方法]采用离散元法（DEM）对船舶与碎冰进行建模,假设碎冰是由理想的二维圆盘构成,并考虑海流对碎冰单元的浮力、拖曳力及附加质量的影响;利用MT Uikku号冰水池模型试验结果对数值模型进行验证,对比分析不同航速和冰况对船体区域冰压力的影响。[结果]结果显示,当船舶在航道碎冰中运动时,冰载荷主要集中在船首;船首区域的冰压力随冰厚、航速和碎冰密集度的增加而增大,其中冰厚是影响冰压力幅值最大的因素;碎冰区航行船舶的首部区域冰压力影响最大,船首过渡区冰压力影响显著。[结论]所提数值分析方法可为极地船舶安全航行和结构设计提供一定的参考。     

用于船舶主动式升沉补偿的自抗扰控制方法

针对主动式升沉补偿控制系统在工作过程中存在的非线性、时滞性以及干扰性等造成系统的稳定性控制难度大的问题,为提高主动式升沉补偿控制系统的控制精度与稳定性,将自抗扰控制技术（ADRC）应用于船舶升沉补偿系统并进行数值仿真研究。对主动式升沉补偿控制系统进行数学建模以及自抗扰控制算法设计,并针对具有干扰和时滞环节的控制系统,将ADRC与传统的PID控制进行仿真效果对比,验证自抗扰算法的良好性能。最后以6级海况风浪流全耦合环境作为研究对象得出一套自抗扰参数组合,并将该套参数应用于多种海况环境进行仿真分析。仿真结果表明,不同耦合环境和不一样的海况环境下,ADRC使用同样参数下均取得了满意的升沉补偿控制效果,展现出很好的适应性能与鲁棒性。     

含黏粒风积沙路用性能研究

为解决含黏粒风积沙作为沙漠边缘及绿洲区公路建设中常用筑路材料的应用受限问题，依托新疆G0612若羌至民丰沙漠高速公路工程项目，通过开展筛分试验、承载比(CBR)试验以及回弹模量试验，分析了不同黏粒含量对风积沙工程特性的影响。试验结果表明：1)随着黏粒含量不断增加，颗粒粒径差距逐渐增大，不均匀系数逐渐增大，风积沙颗粒级配逐渐转为良好；2)随着黏粒含量的增加，风积沙的CBR值逐渐提高，可满足高速公路路基承载比规定；3)随着黏粒含量的增加，风积沙的回弹模量逐渐升高，当风积沙中黏粒含量不小于8%时，可满足极重交通荷载路基顶面的回弹模量规定；4)不同黏粒含量风积沙路用性能试验给出了不同黏粒含量风积沙路基结构分类应用推荐表。该结果可供现场选用不同黏粒含量风积沙用作路基填料参考。     

基于环向裂纹法的冰激载荷船舶运动响应研究

为保证船舶在冰区安全航行和船上机械设备安全，需要考虑冰激载荷特性引起的船舶运动响应问题。论文以一艘极地运输船作为研究对象，采用基于半经验公式的数值方法模拟连续破冰情况下船舶所承受的冰载荷，求解冰区船舶在平整冰区域直航过程中由冰载荷冲击引起的运动响应，计算分析横荡、纵荡和垂荡3自由度冲击加速度，同时基于中国船级社规范，选取PC3冰级，计算规范要求的冲击加速度，将两者计算结果进行对比，揭示了在不同冰厚、弯曲强度和船-冰摩擦系数下加速度的变化趋势。此数值模拟方法对冰区船舶设计与冰区航行具有一定的指导意义。     

船舶浮冰区回转运动一体化数值分析

针对极地船舶浮冰区纯自航回转性能，以体积力代替螺旋桨，考虑船体、浮冰、流体、螺旋桨和舵等因素，采用计算流体力学（CFD）和离散元方法（DEM）进行浮冰区极地船冰载荷和回转运动性能求解，开展无冰水域、不同密集度浮冰水域的双桨双舵极地船的回转运动数值模拟，分析极地船冰载荷和运动特性。极地船在55%密集度浮冰区的回转直径约为无冰水域的1.60倍，在75%密集度浮冰区的回转直径约为无冰水域的1.88倍。极地船与浮冰碰撞是随机的，船体在回转过程中所承受的载荷及运动特性具有随机性。