海上风电站遭遇船舶侧向撞击时的结构动力响应分析

海上风电站的抗撞特性是设计中必须考虑的要素之一。利用非线性有限元动态响应分析程序MSC.Dytran模拟了一艘5000吨船舶以不同速度侧向撞击海上风电站的动态过程,得到了风电站的结构损伤特性、碰撞力-撞深曲线、能量转化曲线及其它相关数据。根据数值仿真计算结果,分析了风电站的结构抗撞特性,并对撞击过程中风电站的结构变形特征以及撞击能量对风电站结构损伤的影响程度进行了探讨。     

深浅水中KVLCC船体横荡运动水动力数值计算

通过求解非定常RANS方程,选取SST k-ω湍流模型,采用全六面体网格进行离散,在忽略自由面兴波影响的情况下,对KVLCC1裸船体在深水和浅水中的PMM试验纯横荡运动粘性流场进行了数值模拟,计算了作用在船体上的水动力和力矩;通过将计算结果与现有的试验数据对比,验证了该文方法的有效性.在此基础上,根据水动力和力矩计算结果,计算得到了船舶横荡运动线性水动力导数.     

船舶大漂角斜航运动水动力数值预报

斜航是一种很常见的船舶航行状态,准确把握船舶斜航水动力特性对于船舶操纵性预报至关重要。该文以大型油轮KVLCC2船模为研究对象,基于CFD软件STAR-CCM+的多面体网格,采用SSTk-ω湍流模型,通过求解船体绕流的定常RANS方程,对船舶斜航黏性流场进行数值模拟。在完成网格无关性分析后,通过将数值结果与现有试验数据对比,验证了所采用数值方法的有效性。在此基础上,数值模拟了船舶在0o-180o漂角下的黏性绕流,得到了船舶斜航水动力系数随漂角的变化规律,其结果有助于更好地理解不同漂角下的船舶水动力特性。     

驻波管材料性能对隔声量测量影响有限元分析

利用商业有限元软件,建立了数值模拟驻波管法测量材料的有限元模型,通过与实验结果和理论解对比,探讨了驻波管材料的杨氏模量、泊松比、密度三个物理量分别对于隔声量测量的影响。结果表明,驻波管材料参数中对隔声量计算影响最大的因素是杨氏模量,当驻波管材料的杨氏模量为待测样品材料的杨氏模量的15倍以上时,测量结果才比较可信;杨氏模量较小时,泊松比和密度对结果有一定影响,杨氏模量足够大时,泊松比和密度的影响可以忽略。     

流体黏性对迎浪航行船舶运动和波浪增阻的影响

对在规则波中迎浪航行的大型油轮KVLCC2船模,为了研究流体黏性对船舶运动和水动力的影响,分别采用求解RANS方程和求解欧拉方程的方法,应用CFD软件STAR-CCM+对黏性流场和无黏流场进行了数值模拟。采用GCI方法对数值不确定度进行了分析,验证了数值方法的有效性;采用湍流模型和无黏流模型对船舶在一系列波长的波浪中的运动和水动力进行了数值预报,并将数值结果与现有实验数据进行了比较。结果表明,流体黏性对船舶运动影响很小,对共振状态附近的波浪增阻有一定的影响。总体上,对船舶迎浪航行流场的数值模拟,忽略黏性能保证一定的计算精度而提高计算效率。     

带扭曲舵船舶自航因子数值预报

为研究扭曲舵的节能效果,以标准船模KVLCC2为对象,设计了合适的扭曲舵,进行基于CFD方法的实船自航因子预报。该文首先以带常规舵的船模为对象进行了船-舵模型阻力试验、螺旋桨模型敞水试验和船-桨-舵模型自航试验数值模拟,通过数值结果与试验结果的对比,验证了数值方法的有效性。然后根据螺旋桨尾部流场设计扭曲舵,进行了带扭曲舵的船-舵模型阻力试验和船-桨-舵模型自航试验数值模拟,基于数值模拟结果,分析得到了实船自航因子,并将其与带普通舵的实船自航因子进行比较;结果表明,所设计的扭曲舵可以较好地提高螺旋桨推进效率,使相同航速下的螺旋桨转速降低,达到期望的节能效果。     

基于Bragg共振原理水面多重竖直板消浪性能实验研究

该文采用实验方法探索研究了表面波经过多重穿透水面的刚性薄板结构物传播时,透射波的波高变化。将多重穿透水面的刚性薄板竖直固定及等间距布置。基于Bragg共振条件,板间距与波长的一半相当。改变板浸入水面下的深度、板的数目和波陡,进行了实验研究。实验时采用浪高仪测量模型前后波形,整理出入射波幅和透射波幅,绘出透射系数tK随无因次波浪参数kh变化的曲线。结果显示,当水波波长接近板间距两倍左右时,出现透射系数较低的现象。     

考虑初始缺陷的平整冰-锥体结构碰撞数值模拟

基于非线性有限元数值方法,对含初始缺陷的平整冰与锥体结构碰撞场景进行了模拟。将标记为初始缺陷的实体冰单元从平整冰模型中删除,并将黏聚单元插入到实体冰单元之间。在实尺度下对平整冰与锥体碰撞场景进行了数值模拟,分析了平整冰的断裂破坏模式并预报了锥体所受冰载荷,并将数值模拟结果与不考虑初始缺陷的数值模拟结果进行了比较。分别分析了初始缺陷分布位置和含量对锥体所受冰载荷的影响。结果表明,初始缺陷对于平整冰的断裂破坏模式和冰载荷均有重要的影响。     

一种计算势流的非奇异孤立源方法

提出了一种计算势流的非奇异孤立源方法，采用NURBS表达物面，在物体内部布置孤立Rankine源。以圆球绕流为例，数值计算了无限流场均匀来流中的绕流流动；将计算结果与理论结果相比较，说明了本方法的有效性。     

基于VTK的CFD可视化系统开发和应用

介绍了基于 VTK的计算流体动力学可视化系统的设计和实现及其在数值船舶流体力学前、后处理中的应用。实践证明 ,该可视化系统具有快速、方便、高效、易扩展的特点。