基于混合模型的舰船腐蚀相关静态电、磁场

为研究舰船水下腐蚀相关静态电场、磁场的分布特征,提出了以舰船水下标量电位为线索,对舰船进行混合建模,即将舰船等效为水平电流线和离散三分量电偶极子的组合,通过测量舰船下方某平面上的标量电位分布,对混合模型中的未知结构参量进行拟合,以建好的混合模型为基础对舰船水下腐蚀相关静态电、磁场进行研究.在实验室中模拟海洋环境,利用1∶100船模对建模方法进行了验证,并以建好的混合模型为基础,计算了船模水下腐蚀相关静态电、磁场的分布特征.实验结果表明混合模型结构简洁、实测数据量小、建模计算量小、模型稳定,比较适合用于舰船腐蚀相关静态电、磁场分布特点的研究.     

舰船水下标量电位分布特征研究

为深入掌握舰船水下标量电位分布特征,以其基本模拟体——电偶板子为对象,着重对海洋环境电导率分布、源强度、测量深度、界面等因素对水平直流电偶极子所产生的水下标量电位的影响进行数值仿真分析和实验室测量研究.通过对比分析,表明:海洋环境电导率不影响水下标量电位的区域分布特征,但影响标量电位大小,海水电导率越小,标量电位的值越大,但并不是简单的反比关系;不同测量深度平面上标量电位的大小及其区域分布特征均有变化,场源深度差越小,标量电位越大,同时峰值点位置相对源点的水平偏离越小;标量电位的大小与电偶板子的偶极矩成正比;界面对标量电位的影响不可忽略,空气-海水界面的存在增强了水下标量电位.研究结果可为舰船水下电磁场的推演和预报、舰船结构的电磁隐身设计、水中兵器电磁引信设计提供参考.     

舰船静态电场深度换算方法

从舰船静态电场的产生机理和源特性出发,提出了基于电性模拟体的舰船静态电场深度换算方法.该方法和舰船电场建模相联系,在深海、浅海环境中均可使用,可实现由水下标量电位、电场三分量、电场垂直分量分别向较大深度的电场各分量及标量电位的换算.并在实验室中对船模水下标量电位分布进行了换算,换算结果和实测数据分布特征相同,且对应点的量值数量级吻合较好,表明换算方法的正确性.     

潜艇标量磁场在探潜平面上的分布研究

本文运用ANSYS建立潜艇三维仿真模型,划分网格,利用简化磁标势法（RSP）求解,分别得到潜艇永久磁场和感应磁场的空间分布特性,并根据国内外相关研究结论,得到潜艇总磁场的标量分布情况,最后对反潜飞机在高空所能探测到的潜艇磁场特性进行了仿真分析。     

吸收边界条件在全空间瞬变电磁计算中的应用

吸收边界条件对于全空间瞬变电磁计算的稳定性和精确性是至关重要的.将Laplace方程应用于巷道中,避免了对巷道内空气电阻率的设置;将廖氏边界条件进行必要的修正,导出了适用于扩散方程的新的吸收边界条件;计算了新边界条件的应用效果和巷道底板内低阻薄板的响应特征.结果表明:巷道边界两侧瞬变场的扩散速度明显改变;应用Dirichlet边界条件使边界处的磁场约在0.05 ms后发生畸变,并对计算区域内部磁场产生影响,而新吸收边界条件采用N=4阶精度并取控制系数为β=0.9时,计算的磁场值与理论值具有相同的衰减规律,该方法能较好的反映出薄板的位置及倾斜角度.新的吸收边界条件适用于全空间瞬变电磁场的有限差分计算.     

光在大气和海水信道中传输的能量衰减计算

考虑自然光和海水浮游生物等产生的背景辐射以及云层、大气/海水界面和海水等介质的光辐射透过率,利用星载激光对潜通信能量方程估算了潜艇接收信号能量衰减大约可达-112~-140 dB.利用Monte Carlo方法计算星载激光对潜通信水下接收光斑分布状况,选择63%光斑半径作为接收平面半径,不考虑光在传输过程中介质的吸收效应,计算了不同卫星高度和发射角.近海岸海域水下200 m和深海海域水下300 m接收信号衰减,信号能量衰减可达84 dB.由于未考虑吸收效应和光斑大小选择的原因,仿真计算结果稍小于理论估算.     

海底钴结壳TEM的响应规律

大洋富钴结壳是潜在的海底金属资源,为了更快、更准确地对海底钴结壳进行勘探,本文研究了其TEM的响应规律.通过分析深海钴结壳的电性和物性特征,说明了瞬变电磁法满足海底探测的物化条件,进而建立探测深海钴结壳的地电模型,证明了本方法应用于海底钻结壳勘探的可行性;采用瞬变电磁全空间理论,计算了深海钴结壳瞬变电磁响应,这为瞬变电磁探测深海钴结壳的反演提供了依据.计算结果表明:海底瞬变电磁测深能很好地探测到海底钴结壳的存在,且异常峰值对应钴结壳的中心在海面的投影位置;深海与无海水情况下的瞬变电磁相比,响应曲线形态变化不大,响应幅值明显增加;地形对探测有一定的影响.     

舰艇水下腐蚀静电场计算及影响因素仿真分析

为了进一步分析影响舰船电场的不同因素,提高舰艇水下静电场仿真分析中电偶极子建模方法的准确性,研究产生舰艇水下腐蚀静电场的腐蚀电化学原理和特性,从腐蚀电流密度的角度推导船体-螺旋桨电偶腐蚀电流表达式,并利用镜像法求解出了空气海水二层模型下水平和垂直电偶极子电场解析式。建立基于舰艇腐蚀电流电偶极子的电场解析模型,在此基础上利用数值仿真对一中型舰艇水下50 m测线上的电场进行分析。结果表明:在设定变化范围内,船体腐蚀电位、螺旋桨腐蚀电位、船体浸水面积、螺旋桨浸水面积、海水温度、海水电导率对舰艇水下腐蚀静电场的影响程度分别约为29%、23%、53%、82%、30%和67%。仿真结果和电场解析模型可以为进一步研究舰艇水下腐蚀静电场特征及防护方法提供有力的理论支撑。     

船体在海水中流动加速腐蚀数值分析

为了预测动态海洋环境下船体表面的腐蚀速度,同时为防腐设计提供可靠的参考,本文采用数值模拟的方法建立了流动加速腐蚀计算模型.首先对船体周围的海水流场建立了CFD模型,并进行了计算,得到了速度、压力、氧浓度分布等流场信息;然后根据这些信息建立了船体在流动海水中的FAC模型,并进行求解,得到了船体表面各点的传质系数和腐蚀速度...     

轴向退磁线圈作用下潜艇壳体磁化状态分析

为了研究潜艇外部轴向退磁线圈对壳体的磁化作用,将现代潜艇的耐压壳体和非耐压壳体等效为双层薄钢壳回转体,采用一维积分方程法建立了潜艇壳体轴向非线性磁化数学模型。分析了潜艇壳体在轴向退磁线圈作用下的磁化状态,计算得到了潜艇内部和外部磁场值。计算结果表明:潜艇壳体对退磁线圈磁场具有约20%~30%的衰减作用,潜艇壳体内部磁场达到了铁磁材料矫顽力水平;潜艇外部近场(距离10 m)达到了铁磁材料矫顽力的约1/4,能对其他铁磁物体磁性产生明显影响;潜艇外部远场(距离50 m)已衰减得较弱,仅有地磁场水平的1/20左右,对其他铁磁物体磁性不再产生明显影响。     

X70管线钢焊接接头组织及其海水腐蚀规律

对X70管线钢现场实际焊接工艺下的焊接接头,采用显微镜、电化学方法及失重法等方法和手段对母材、焊缝、热影响区进行了显微组织分析和在海水中的极化曲线、腐蚀速率的测试,研究焊接接头在模拟海水环境中的腐蚀性能.研究表明,X70管线钢焊接接头各区域组织不均匀,实验室模拟海水环境下的电化学行为、腐蚀速率存在明显差异;在海水腐蚀过程中腐蚀电位和腐蚀速率会发生变化,热影响区(HAZ)与母材及焊缝形成电偶腐蚀,接头腐蚀以点蚀为主.     

工业纯铝在模拟海水中的电化学腐蚀行为

为研究铝在海水中的腐蚀过程,采用电化学阻抗谱、浸泡试验、扫描电子显微镜研究工业纯铝在模拟海水中的腐蚀行为.结果表明:铝在模拟海水中发生点蚀的区域为富含Fe的晶间化合物处,点蚀半径随时间的增加而扩大.铝在模拟海水中的溶解曲线分为4个区间:活性溶解区、过渡区、过钝化区、钝化区.铝在模拟海水中,极化电位为过钝化区时,转移电阻R t随着电位的升高而变小,铝发生严重的点蚀;而极化电位为钝化区时,铝的转移电阻R t随着电位的升高基本不变,铝的溶解行为受到抑制.工业纯铝在模拟海水中发生点蚀的电位区间是-0.45～-0.65 V,钝化电位区间为-0.75～-0.85 V.     

双电极式磁模拟器的高空磁异常

为了研究双电极式磁模拟器模拟潜艇高空磁异常的有效性,本文在建立双电极式磁模拟器高空磁异常理论模型的基础上,利用搭载氦光泵磁探仪的三角翼飞机进行网格化飞行测量,验证了磁异常实测值与理论计算值在强度及曲线形态上均吻合度较高,符合潜艇磁偶极子场特征。研究结果证明:采用双电极式磁模拟技术模拟潜艇高空磁异常特征是可行的。     

时移磁测方法正反演研究

对于地球物理探测技术用于动态监测问题,近年来出现了时移地震、四维重力等新的方法和理论.一个运动的磁性目标,如水下潜艇、火山与岩浆活动、与磁性体有关的滑坡及水利工程的监测等,用高精度磁测技术对其进行探测,探测目标所产生的磁场是空间和时间的函数,这种与时间相关的变化的磁场可以称之为时移磁场.本文以运动磁偶极子为例,研究了时移磁场的正反演问题,正演计算了一个运动磁偶极子在不同情况下的时移磁场,分析了时移磁场的特点,提出了对时移磁场的反演方法,并用理论模型进行了数值模拟,取得了良好的效果.本文探讨的时移磁场的分析及计算问题可用于运动目标的位置分析等实际问题.同时,对磁偶极子模型下的时移磁场的研究结论,也可以推广到其他地质目标的时移磁场的正反演问题.     

船舶轴频电磁场信号的海底测量及其特性分析

为防止海水的腐蚀,现代船舶普遍安装了阴极保护系统,不同金属材料间产生的腐蚀电流和阴极保护系统产生的防腐电流经转动轴调制后均会产生轴频电场。为探讨不同船速和水深时船舶轴频电磁场信号的时频特性,对在南黄海和南海海域实测的轴频电磁场数据进行了分析。研究表明:轴频电磁场信号的探测范围与船舶航速和海水深度无关,而仅与海底观测点至船舶的斜距有关;对于试验所使用的中型船只而言,海底轴频电场信号的探测半径可达到600 m以上。     

煤矿巷道底板探测点源三极法模型模拟

采用三维有限单元法对全空间点源场(含坑道空腔)的电位分布进行了计算分析。将点源三极法应用于煤矿巷道底板异常体探测,分析了巷道侧帮和顶板上方存在异常体时对探测结果的影响。结果表明,点源三极法可有效地反映煤矿巷道底板异常体的存在,旁侧异常体位于巷道侧帮时对底板目标体探测结果有一定影响,旁侧异常体位于巷道顶板上方时,对底板目标体探测的结果影响不大。在对点源三极法煤矿巷道底板探测的数据处理和解释,应考虑到巷道的影响,并做相应的改正处理。     

电场强化对流换热的场线坐标法数值模拟

为研究电场对气体对流换热的影响,依据场域控制方程,建立了表征电场及电荷密度分布的数学模型,并利用场线坐标法对线—板电极系统的电场、电位及电荷密度的分布进行了数值模拟,得到了场域空间单相气体所受电场力的分布情况,模拟结果显示,有电晕放电产生的电场可引起场域空间气体的“紊流”,并导致对流换热的增强。     

渗铝和渗锌碳钢在油田采出水中腐蚀规律研究

以模拟的油田采出水和海水作为腐蚀介质,采用静态挂片腐蚀失重法对20#碳钢、渗铝碳钢和渗锌碳钢进行腐蚀实验,初步研究了Cl-,Ca2＋,HCO3-和温度对20#碳钢、渗铝碳钢和渗锌碳钢的腐蚀规律。腐蚀评价的结果表明,在模拟的油田采出水和海水的腐蚀介质中,渗锌碳钢的耐蚀性能明显好于20#碳钢和渗铝碳钢。     

外压作用下深海腐蚀缺陷管道的屈曲失稳机理

为了研究外压作用下深海腐蚀缺陷管道的屈曲失稳机理,通过深海压力舱小比例模型试验,测得钢管试件发生屈曲失稳时的压力和变形形态. 利用有限元软件ABAQUS建立管道的三维数值模型,模拟外压作用下完好无损管道和腐蚀缺陷管道的准静态屈曲失稳过程,得到钢管的压力-直径变化曲线和变形形态,与试验结果吻合良好. 采用建立的数值模拟方法,分析管道长度、径厚比、初始椭圆率、钢材等级、钢材应变硬化特性和缺陷几何尺寸等因素对腐蚀缺陷管道屈曲失稳的影响. 结果表明,初始椭圆率、缺陷几何尺寸、钢材应变硬化特性是深海腐蚀缺陷管道标准化后失稳压力的主要影响因素,管道长度、径厚比、钢材等级对标准化后失稳压力的影响相对较小.     

水下铁磁体近场地磁磁异常的有限元分析

考虑铁磁体的几何特征与去磁效应,将空间磁场对铁磁体磁化产生的感生磁场等效为薄层直流电环磁场,并用积分方程法推导出磁场中各个点的磁场矢量强度,获得了磁异常检测简化模型,并进一步利用有限元仿真分析了该磁异常场空间分布规律。最后验证了该模型的有效性。结果表明：可以通过圆柱铁磁体退磁系数、相对磁导率和空间磁化磁场大小计算等效薄层电流环的电流方向和大小,为水下圆柱铁磁体的近场地磁磁异常探测建模与分析提供了一种新方法。