船体三维变形响应的数值预报

针对航行中舰船变形问题,采用三维水弹性理论实现了波浪中舰船的动态变形预报。通过拟合不同模态下船体有限元模型的节点位移,实现了将三维模态信息应用于广义流固耦合界面条件。建立了舰船在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动模态的主坐标。将各阶弹性模态主坐标与预报位置的角变形矩阵相乘,得到角变形响应。针对某实船,分别采用三维水弹性方法和三维刚体方法进行计算,通过对船体结构角变形响应的对比,验证了三维水弹性方法的正确性,同时也证明了该方法在计算效率上的优势。     

流场网格划分对水下爆炸结构响应的影响

以相同的小型船体模型作为研究对象，建立不同的流场，划分不同的网格，并利用美国ANSYS／LS-DYNA大型有限元计算软件，以三维有限元模型为基础，利用三维有限元方法，分别计算它们的响应，通过各个计算结果的对比，得出流场范围，以及网格划分不同对计算结果的影响，从而找到一种节省时间的可行的计算方法。通过计算表明，在进行船体结构冲击载荷下的强度分析时，采用适当的局部流场是非常简单、精确的在计算全船加速度响应时，采用局部流场计算时必须进行修正，文中给出了简便的修正方法。     

基于自适应网格的Froude-Krylov力实用计算方法

为了准确地计算船舶航行中所受的Froude-Krylov力,基于四叉树划分的自适应网格对船舶瞬时湿表面进行生成,本文对低于波面且位于平均自由液面下的面元,采用解析表达式计算Froude-Krylov力,在保证计算精度的同时,其所需要的面元数量减少为计算Froude-Krylov力采用"细网格"面元数量的1/8～1/4;对与波面相交或者位于平均自由液面上的面元,采用四叉树划分对Froude-Krylov力进行精细的数值计算。利用线性理论,扰动力采用三维时域格林法在船体平均湿表面上进行计算。结果表明:将WigleyⅠ型船的计算结果与试验值及其他方法结果进行充分对比,证明本文方法预报船舶在波浪中运动的有效性。     

响应对比法在承台-桩系统中低应变检测研究

为了解决承台- 桩系统在低应变测试中的三维干扰和缺陷分析问题,建立了承台-桩系统的三维振动模型。利用交错网格有限差分法求解三维波动方程并得到了承台-桩系统的数值计算结果。通过对比计算结果与实测结果,验证了该数值计算的可行性与可靠性。由于模拟曲线和实测曲线具有较好的一致性,采用响应对比法,分析完整桩和缺陷桩在承台表面的承台-桩系统低应变曲线。结果表明：通过响应对比法分析采集的承台表面低应变曲线能够较为准确地识别出基桩中的缺陷信号。     

加速度对三维密闭腔体的温度场和流场影响的有限元分析

利用Ansys软件,通过分析加速度对三维密闭腔体的温度场和流场的影响,对气流式加速度传感器的优化设计进行探讨.采用有限元方法,通过建立三维实体模型、划分网格、加载和求解等途径,进行有限元仿真.结果表明:在流体梯度大的地方,网格划分得密一些,有助于节约计算时间和提高计算精度;利用Ansys软件的切片功能,观察不同加速度下三维密闭腔体内部的温度场和对流场的分布,与二维建模相比较,三维建模得到的计算结果更加全面和准确,为气流式加速度传感器的优化设计提供可靠的依据.     

螺旋桨性能计算的B样条网格面元法研究

螺旋桨水动力性能的准确预报对避免不良设计所带来振动和噪声,改善螺旋桨性能有着重要的意义.应用低阶速度势面元法建立了预报船舶螺旋桨水动力性能的数值方法,重点对桨叶随边和尾涡面进行研究.鉴于传统网格划分方法的不足,根据螺旋桨表面流场特性,采用B样条网格划分方法对桨叶表面单元进行剖分.文中对原有的等压库塔条件形式进行了改进,在考虑横流影响的前提下,满足随边荷载为零的条件.对计算结果与试验结果进行比较分析,表明将基于B样条的网格划分方法应用于已有的面元法程序中,能够很好地改善计算结果的精度.     

基于移动脉动源格林函数的小水线面双体船耐波性时域计算方法研究

为在时域内研究小水线面双体船的运动,基于三维移动脉动源格林函数求解水动力系数,通过频时域转换法求解时延函数,并计入2片体间的水动力干扰、粘性和稳定鳍的影响,建立了SWATH耐波性时域线性计算方法。比较了在平动坐标系和随动坐标系下求解船体运动方程对运动计算结果的影响,并与频域计算结果和试验结果进行了对比。结果表明:在重心随动坐标系下求解船体运动方程,能够得到更准确的运动计算结果。采用频时域转换法求解时延函数快速高效,在此基础上建立的小水线面双体船耐波性时域线性计算方法能够获得与频域计算结果和试验结果吻合良好的结果。     

微机械气流式水平姿态传感器建模技巧及计算

阐述了微机械气流式水平姿态传感器的三维建模技巧及仿真。利用ANSYS-FLOTRANCFD软件,通过建立三维实体模型、划分网格、加载和求解等途径,进行了有限元仿真。为了使分析更为简便可行,提出了合理的模型建立方案,采用了截取部分体积建模的方法,节省了大量的计算时间;而多次网格划分及关键线偶数段划分的技巧,提高了仿真结果的准确性和计算进度。这种三维建模方法提高了微机械水平姿态传感器敏感机理研究的精确性。     

三维柱坐标系下流场计算差分方程的建立

针对三维柱坐标系下流场计算的问题,对所涉及的各物理量详细给出了具体的差分过程,特别是关于网格划分过程中出现的弧度变成弧长时的半径问题,进行了详细的讨论.在速度场3个方向动量方程的差分过程中,考虑到采用交错网格,对于各方程对应的网格处理,分别进行了对应的介绍.最后给出所有方程所对应的差分方程的推导过程.     

预报船体脉动压力的几种数值方法

研究螺旋桨空泡及其诱导的船体脉动压力的预报方法,对于减小其引起的船尾振动和辐射噪声是极其重要的.用螺旋桨非定常空泡的预报结果,在桨叶湿表面、空泡表面和尾涡面上布置强度已经求得的源和偶极子,用面元法计算得到无限流场中空泡螺旋桨诱导的速度势,进而求出船体表面的脉动压力.该方法还考虑了真实船体表面形状和自由液面条件,船体表面通过分布其上的奇点来模拟,通过映像法来考虑自由液面的影响.重点分析了船体表面上不同的奇点分布形式以及相应控制方程的区别,对几种方法的数值计算结果进行了比较,结果证明几种不同的数值方法计算得到的结果相差不大,可以任选一种计算公式进行计算.对一吊舱船的脉动压力进行了预报,并同模型试验结果进行了比较,两者有较好的一致性.     

三角形网格多面体空间四边界区域的数据参数化

分析了三角网格多面体四边界区域数据参数化的基本方法,提出了在三角网格多面体四边界区域划分基础上进行四边界区域数据快速参数化的新技术。通过坐标变换、点面投影把空间四边区域的数据参数化难题转化为平面四边区域网格划分问题,并提出了由折线边构成平面四边区域的双向伸缩网格生成技术,解决了反求工程中复杂曲面分片四边区域的数据采集困难问题,为后继的多片四边区域的NURBS曲面的拼接和拟合提供了技术保证。     

Probabilistic analysis on fault tolerance of 3-Dimensional mesh networks

The probability model is used to analyze the fault tolerance of mesh. To simplify its analysis, it is assumed that the failure probability of each node is independent. A 3-D mesh is partitioned into smaller submeshes, and then the probability with which each submesh satisfies the defined condition is computed. If each submesh satisfies the condition, then the whole mesh is connected. Consequently, the probability that a 3-D mesh is connected is computed assuming each node has a failure probability. Mathematical methods are used to derive a relationship between network node failure probability and network connectivity probability. The calculated results show that the 3-D mesh networks can remain connected with very high probability in practice. It is formally proved that when the network node failure probability is bounded by 0. 45% , the 3-D mesh networks of more than three hundred thousand nodes remain connected with probability larger than 99%. The theoretical results show that the method is a powerfu     

A three-dimensional coupled numerical model of nonlinear waves in a harbor

A 3-D time-domain numerical coupled model for nonlinear waves acting on a ship in a harbor has been developed in the present study. The whole domain is divided into the inner domain and the outer domain. The inner domain is the area around the ship, where the flow is expressed by the Laplace equation and numerically solved by the finite element method. The other area is the outer domain, where the flow is described by the higher-order Boussinesq equations and numerically solved by the finite difference method. The matching conditions on the interfaces between the inner domain and the outer domain, the procedure of coupled solution, the length of common domain and the mesh generation in the inner domain are discussed in detail. The other coupled model with the flow in the inner domain governed by the simplified linear Euler equations and relevant physical experiment are adopted to validate the present coupled model, and it is shown that the numerical results of the present model agree with the experimental data, so the present model can be used for the study on the effect of nonlinear waves acting on a fixed ship in a large area and provide a reference for the time-domain simulation of nonlinear wave forces on an arbitrary object in a large harbor and the 3-D district computation in the future. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 59979002, 50809008), the Hong Kong Research Grants Council (Grant No. HKU 7171/06E), the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 20060400972), the Project of the Educational Department of Liaoning Province (Grant No. 2005058) and the Dalian Science and Technology Foundation (Grant No. 2007J23JH027)     

小波理论在三维表面评定中的应用

零件表面三维形貌受生成机理的影响,与表面功能密切相关,对表面的功能评定至关重要.本文论述了三维表面功能评定的各种方法;介绍了小波滤波技术在表面功能评定中的应用.重点提出了表面粗糙度的提取新方法,用小波分析方法确定三维表面粗糙度评定基准面.能精确地把表面粗糙度与表面其他成分分离,从而提取表面粗糙度.最后给出了一些实验结果与分析,指出了小波滤波技术在应用中存在的问题.     

三维多剑杆织机织边方法的研究

通过对三维多剑杆织机织造原理的分析，探索三维多剑杆织机边部的织造方法，提出了两种切实可行的实施方案：针织套圈法和交织法．实验证明采用针织套圈法织边效果更优．     

三维几何约束模型中的一种几何推理求解机制

针对三维几何约束模型的求解问题,在充分研究了二维几何约束模型中自由度分析技术的基础上,采用几何推理的方法,给出了一种三维模型几何约束求解系统的自由度分析算法,并将此算法的整个运行过程归纳成活动分析、场所分析两个技术过程的实现,过程中使用的循序渐进的几何推理给实际求解三维几何约束模型提供了一种高效方案。     

一种基于θ-D次优控制的三维末制导律设计

最优制导律在求解Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程时十分困难。θ-D方法是一种基于State Dependent Riccati Equation(SDRE)方法的新型次优控制方法,能够获得HJB偏微分方程的近似闭环解。针对最优制导律在求解HJB方程时十分困难的问题,文章在考虑导弹自动驾驶仪动态特性和末制导的三维真实拦截情况下,建立导弹和目标的三维相对运动方程,基于θ-D次优控制方法,经状态重定义后对模型方程的伪线性化处理,得到闭环形式的θ-D三维末制导律。为验证所提出制导律的制导性能,分别针对目标不机动和机动的拦截情况进行了数值仿真。仿真结果表明,相比自适应变结构制导律,文中设计的θ-D三维闭环末制导律能克服自动驾驶仪动态延迟对制导性能的影响;对于目标作大机动逃逸的情况,其制导性能更优。     

网格划分影响二维爆炸冲击波数值模拟精度的研究

使用ANSYS／LS—DYNA建立了TNT炸药在空气中爆炸传播的二维计算模型,比较了相同网格划分比例时,三种不同当量TNT爆炸后在各自比例距离上测得的超压峰值．结果表明：各峰值基本相同,差别小于10^4Pa．在此基础上,改变网格划分比例,模拟计算5kg当量TNT的超压峰值,并与美国常规武器防护设计规范（TM5～855—1）进行对比,提出了与不同比例距离区间相适应的网格划分比例．     

有限元六面体网格的典型生成方法及发展趋势

工程问题三维有限仿真的主要困难是模型的建立,而模型的建立需要采用适合的方法来生成高质量的三维有限元网络,以金属塑性成形过程的三维有限元仿真为例,说明了采用六面体单元的必要性,针对典型的有限元六面体网格生成方法,系统地分析了各种方法的实现原理和发展趋势,并探讨了六面体网格生成总的发展趋势,分析结果说明,复杂域内六面体网格全自动生成的实现是全自动网格生成真正走向实用化、通用化必须解决的问题。     

Numerical computation and analysis of unsteady viscous flow around autonomous underwater vehicle with propellers based on sliding mesh

The flexible transmission shaft and wheel propeller are combined as the kinetic source equipment, which realizes the multi-motion modes of the autonomous underwater vehicle (AUV) such as vectored thruster and wheeled movement. In order to study the interactional principle between the hull and the wheel propellers while the AUV navigating in water, the computational fluid dynamics (CFD) method is used to simulate numerically the unsteady viscous flow around AUV with propellers by using the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations, shear-stress transport (SST) k-w model and pressure with splitting of operators (PISO) algorithm based on sliding mesh. The hydrodynamic parameters of AUV with propellers such as resistance, pressure and velocity are got, which reflect well the real ambient flow field of AUV with propellers. Then, the semi-implicit method for pressure-linked equations (SIMPLE) algorithm is used to compute the steady viscous flow field of AUV hull and propellers, respectively. The computational results agree well with the experimental data, which shows that the numerical method has good accuracy in the prediction of hydrodynamic performance. The interaction between AUV hull and wheel propellers is predicted qualitatively and quantitatively by comparing the hydrodynamic parameters such as resistance, pressure and velocity with those from integral computation and partial computation of the viscous flow around AUV with propellers, which provides an effective reference to the study on noise and vibration of AUV hull and propellers in real environment. It also provides technical support for the design of new AUVs.