流体力学

• 一种数值求解船体兴波阻力的三因次RANS方法（英文）

  胡俊明;李铁骊;蒋晓宁;林焰;徐雪锋;

  文章根据船体阻力成因和分类提出一种基于三因次RANS求解船体兴波阻力的数值计算方法,与基于势流理论的Rankine源法和EFD法相比较,结果表明此方法得到的兴波阻力数值精度高于Rankine源法,与EFD法吻合较好,形状因子(1+K)值在不同傅汝德数下存在略微差异,船首和两侧的自由面波峰值大于Rankine源法所得值,波谷值却相反,自由面波形变化趋势与Rankine源法吻合一致,随着傅汝德数增加开尔文波系愈发明显且波峰后移,计算方法具有实用性。

  2018年09期 v.22;No.179 1047-1062页 [查看摘要][在线阅读][下载 6480K]
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• 三维移动源格林函数的新表达式及其数值积分研究（英文）

  肖汶斌;

  文章以三维移动脉动源格林函数为基础,推导了频率为零有航速时该函数的数学表达式,即定常移动兴波源格林函数,该函数包含Rankine源及其关于静水面的镜像源项、近场扰动项和远场传播项。与一般的移动源格林函数相比,该表达式不存在无穷间断点带来的奇异性,且积分区间变为一般表达式积分区间的一半,在积分计算中具有较大的数值优势。依据近场扰动项和远场传播项的函数特性,提出采用变步长自适应Simpson法和数学变换方法以提高数值积分计算的稳定性,构建了一套完备的兼顾积分效率和精度的数值积分方法。分析新引入的复变函数特性发现,其伪奇异性与Kelvin源传播波的传播范围相对应,且伪奇异性点的个数最多为两个,积分计算过程中可通过寻根公式快速直接求解伪奇异点。数值计算结果表明,文中提出的方法和计算程序可靠,适用于不同航速和任意源点、场点位置条件下的移动源格林函数及其偏导数的数值计算。

  2018年09期 v.22;No.179 1063-1077页 [查看摘要][在线阅读][下载 1673K]
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• 抑制桨-船连体涡空泡的措施及讨论（英文）

  薛庆雨;黄红波;黄树权;武珅;刘亚非;

  文章介绍在中国船舶科学研究中心大型循环水槽的一集装箱船模型空泡试验中观测到了连体涡空泡(PHVC)。为此,结合三个新设计桨方案和附体(涡流发生器、预旋导轮和伴流补偿导管)开发了四套用于抑制连体涡空泡的措施。其中,三套达到了工程应用的要求。基于这些工作以及在实验室积累的模型试验数据的基础上,提出了水动力相互作用强度因子I_H,并建议I_H≤3.2作为连体涡空泡评判的保守准则。当船舶螺旋桨的进流足够好或者控制得足够好时,可以在I_H>3.2时不发生连体涡空泡。

  2018年09期 v.22;No.179 1078-1086页 [查看摘要][在线阅读][下载 1593K]
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• DES模型在开放腔体圆柱壳入水空泡模拟计算中的应用及评价（英文）

  路中磊;孙铁志;崔雷;魏英杰;

  基于混合介质雷诺平均N-S方程,对开放空腔圆柱壳垂直入水运动过程开展了数值研究,得到了压力场、速度场分布,空泡波动、闭合特征,空腔气体涨缩规律,以及流体动力变化规律,并分析了空腔结构在入水运动过程中对流场结构和流体动力的影响。结果表明:液体随气体涨缩同步进出开放端;开放端局部形成波动的压力源和周期性的压力场、速度场分布;入水空泡呈现波动形态,其扩展程度与开放端液体流速相关;空泡内形成气体漩涡,随空腔涨缩往返进出空泡,对空泡闭合具有抑制作用;流体动力呈波动变化规律,频率与气体涨缩频率一致,幅值与气体涨缩程度成正比。开放空腔结构在入水过程中空腔内气体发生涨缩运动,对流场结构和流体动力产生周期性扰动作用,在一定程度上可以减缓冲击、维持空泡及运动的稳定性。

  2018年09期 v.22;No.179 1087-1099页 [查看摘要][在线阅读][下载 3132K]
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• 立管涡激振动高阶响应研究（英文）

  王人凤;陈科;尤云祥;段金龙;

  由于高阶响应对结构涡激振动存在显著影响,文中在考虑其影响的前提下利用经典Van der Pol尾流振子模型研究了立管在均匀流中的涡激振动特性。在尾流振子与结构模型的相互作用中同时考虑了一阶响应和高阶响应的影响,从而推导了一种考虑了一阶—高阶响应的涡激振动模型。并在此基础上,分析了考虑位移、速度和加速度三种不同右端耦合项作用下的响应特性。此外,还针对不同的质量阻尼比,比较了考虑高阶响应影响和未考虑高阶响应影响情况下系统的涡激振动特性。结果表明,考虑一阶—高阶响应的理论模型能更精确地反映该系统的振动特性。尾流振子和立管的运动幅值都有一定程度的增大。尽管计算结果显示高阶响应比一阶响应小若干个量级,但是不可以忽视高阶响应,因为它对一阶响应存在明显的影响。

  2018年09期 v.22;No.179 1100-1110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1878K]
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• 常压潜水装具水动力特征与运动模拟（英文）

  高慧;王志博;

  常压潜水服是含有部分人力驱动的特殊水下设备,因此纵倾和横倾需要调节到可供人力改变的状态。文章根据潜水服的结构特点建立了动力学模型用于描述这一动力学特性,引入了通过总布置优化得到的恢复力和水流作用力。动力学建模中也考虑了由于潜水服在水下的四肢活动行程中可变的形状,附加质量性质也发生了变化。模拟了潜水服的水下活动,诸如慢速转动、行走、举手等,结果显示了其具有良好的水下操控性能。

  2018年09期 v.22;No.179 1111-1123页 [查看摘要][在线阅读][下载 1406K]
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结构力学

• 海洋结构物用钛合金Ti-6AL-4V保载——疲劳试验研究（英文）

  李永正;卞超;王珂;孙晓鹏;秦闯;

  研究表明室温下疲劳峰值的保载对钛合金材料裂纹扩展速率具有明显影响,为此文章开展了室温疲劳峰值保载对潜水器用钛合金Ti-6Al-4V疲劳裂纹扩展影响的试验研究,并基于保载—疲劳裂纹扩展速率预报模型对该材料的保载—疲劳裂纹扩展速率进行了预报研究,从而验证该模型的适用性和可靠性。研究结果表明:疲劳载荷应力峰值处引入保载时间明显加速了钛合金Ti-6Al-4V疲劳裂纹扩展速率;随着应力强度因子范围的增加,保载—疲劳裂纹扩展速率与疲劳裂纹扩展速率之间的差异增加,即高应力强度因子范围下保载对裂纹扩展速率的影响加大;基于课题组提出的保载—疲劳裂纹扩展行为预报模型,对钛合金Ti-6Al-4V保载—疲劳裂纹扩展速率进行了预报,预报结果与试验结果吻合较好,从而验证了该模型的可靠性。

  2018年09期 v.22;No.179 1124-1135页 [查看摘要][在线阅读][下载 1058K]
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• 基于有限元的球面型尾轴承性能研究（英文）

  刘亮;汤宇嘉;徐一驰;

  球面型尾轴承是将关节轴承与普通水润滑尾轴承综合而成的一种复合轴承,通过关节轴承自动调心作用可减小由螺旋桨引起的"边缘效应",增大尾轴与尾轴承的接触面积,降低最大接触压力,改善润滑性能。文章应用ANSYS中有限元方法,对球面型尾轴承进行了建模仿真分析和对比,结果表明:球面尾轴承可以增加尾轴与尾轴承的接触面积,使得接触压力分布更加均匀。与普通尾轴承相比,最大接触压力降低22%,刚度也得到减小。文中的有限元仿真可为球面型轴承在船舶轴系上的应用提供理论依据。

  2018年09期 v.22;No.179 1136-1142页 [查看摘要][在线阅读][下载 992K]
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• 变化海底地形上浮驳的水弹性响应（英文）

  陆晔;TEMAREL Pandeli;周叶;田超;吴有生;

  在岛礁附近的海底地形通常是不平整的,这种复杂的海底地形也是海洋环境中非常重要的因素。文章利用考虑浅水变深的三维水弹性分析方法计算了一艘浮驳在非均匀海底地形情况下的波激响应及其载荷。通过与均匀水深的对比,复杂海底地形的影响显而易见。通过模态叠加的方法,三维水弹性可以预报规则波下诸如弯矩和应力等波激振动响应,从而得到设计波下对应的载荷。通过在岛礁附近服役的浮式结构物波浪载荷预报可以看出非均匀海底产生了很大的影响,原因是不同的水深和变化的海底地形。而一旦考虑地形,在整个流固耦合分析中,大量的水动力网格就需要借助并行计算来减少计算耗时。

  2018年09期 v.22;No.179 1143-1154页 [查看摘要][在线阅读][下载 2266K]
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• 近岛礁超大型浮体水弹性响应研究（英文）

  李志伟;吴有生;丁军;张正伟;田超;

  文章将Boussinesq方程和格林函数法相结合,提出了一种新的用于计算布放在岛礁附近的超大型浮体水弹性响应的数值方法。应用该方法,计算了超大型浮体的运动响应和连接器载荷,并与水池试验的实测值进行了对比。文中的研究内容可为后续的超大型浮体的结构和连接器的设计和安全性评估打下基础。

  2018年09期 v.22;No.179 1155-1163页 [查看摘要][在线阅读][下载 2893K]
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• 柔性连接装置约束下的相邻浮体频域响应分析（英文）

  陈明胜;邹梅艳;朱凌;

  许多海上工程作业会涉及两个或多个浮体相邻作业,如海洋平台组块双船浮托安装等。在波浪作用下,相邻多浮体会发生水动力干扰现象,在特定条件下引起强烈的间隙共振,产生的巨大波浪力会对浮体造成破坏。相邻多浮体之间往往会存在柔性连接,需要考虑多浮体水动力干扰及柔性连接构件的约束力对浮体运动响应的耦合作用,以及约束力本身对刚性或柔性连接构件的影响。因此,需要建立多浮体耦合的水动力—结构动力模型研究相互连接的海上浮式结构在复杂环境载荷下的动力响应。文中以双船浮托安装作业为背景,开发了耦合的水动力—结构动力模型分析平台组块在双船拖运过程中的复杂动力响应。通过结合动态子结构法和静凝聚法,考虑连接构件的柔度,将连接构件的质量和刚度凝聚到构件与双船的连接点处。结合多浮体频域水动力分析,研究了双船在柔性构件约束下和复杂水动力干扰共同作用下的运动响应。

  2018年09期 v.22;No.179 1164-1180页 [查看摘要][在线阅读][下载 5668K]
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