FPSO型采油平台波浪漂移力的分析研究

波浪平均漂移力是指由于波浪的一阶运动产生的二阶波浪力.对于系留状态的船型采油平台FPSO系统,不同波向波浪作用下、FPSO系统所受到的纵荡、横荡以及首摇方向的波浪平均漂移力是设计其锚泊系统的重要依据.为了计算FPSO系统一阶波浪辐射和绕射问题,采用高阶边界元方法并考虑FPSO形状的对称性;波浪平均漂移力则运用近场解法在湿表面上直接进行压力积分获得.与常数单元方法相比,该方法具有很高的精度,特别是对于高频波浪能得到可靠的收敛解.     

FPSO运动与波浪载荷三维水弹性分析方法研究

为了与三维水弹性方法相匹配,将二维梁振动理论与三维刚性船体湿表面网格划分方法相结合,提出了一种适用于三维弹性浮体的湿表面网格划分方法.在此基础上利用广义流同耦合界面条件,建立分布源积分方程,获得计及船体弹性效应的三维水动力系数和绕射力.进而建立了船舶在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动的主坐标后,利用模态叠加法计算船体的波浪载荷.通过实船计算表明,该方法具有较好的计算精度.     

方形波浪中船舶运动特性及安全航行策略

为了研究船舶在多向波与单向波中运动响应的差异性,基于计算流体动力学(CFD)方法和流体体积法（VOF）造波技术建立方形波浪的数值模拟方法. 采用动量源方法和强迫波力进行波浪叠加模拟方形波浪,采用重叠网格技术和动态流体物体相互作用（DFBI）模块研究S175船型在不同参数方形波浪中的运动响应,并将船舶在双向波浪和单向波浪中的运动响应进行对比分析,探究船舶在方形波浪场中不同航线下的运动特性. 研究表明,在大部分工况下,方形波浪中的船舶运动响应及甲板上浪较单向波浪中的大幅增加,其中船舶在方形波浪中出现明显的横摇运动,但合理选择航行路线可以使得船体运动及甲板上浪显著降低,从而提高船舶在方形波浪中的航行安全性, 为船舶遭遇方形波浪时的安全航行提供建议.     

三体船波浪设计载荷的三维时域水弹性理论研究

针对三体船波浪设计载荷问题,本文提出了三维时域非线性水弹性理论和非线性设计波法的计算三体船纵向波浪载荷方法,该法考虑了船体弹性效应和砰击载荷等非线性因素的影响。在巡航和极限工况下,将水弹性计算值与三维频域长期预报值、劳氏三体船规范计算结果进行了比较分析,发现在巡航工况下的水弹性计算值与规范值比较接近,可给出三体船的波浪载荷特征值,极限工况的计算值远大于规范值,本文建议在三体船结构强度校核时,应该增加极限工况。本文方法可为三体船相关规范修订和结构设计优化提供参考。     

波浪中船体与液舱晃荡耦合运动的时域数值计算

为分析液舱流体晃荡对波浪中船体运动性能的影响,针对船体外流场与液舱内流场(液体非线性晃荡)分别采用时域势流理论方法计算,建立了在波浪中船体与液舱流体晃荡耦合的时域运动方程.其中波浪中船体水动力和时延函数采用切片法和脉冲响应函数法计算获得,舱内液体非线性晃荡采用时域边界元法计算.对S175加载方形液舱在迎浪横浪等不同工况下液舱流体晃荡及其与船体运动耦合分别进行了计算模拟与验证研究.研究表明,在不出现液面破碎等强非线性现象时,能够给出较好的液舱流体晃荡波形和压力;耦合运动模拟结果能清晰地反映液舱晃荡对船体运动的影响,并准确给出船体有无加载液舱时共振频率的偏移现象;数值与试验结果吻合良好,并具有较高的计算效率,为设计载液船舶或减摇水舱等的前期设计提供了快速有效的分析方法和技术手段.     

船舶在波浪中脉动压力预报的三维方法

船体表面的脉动压力预报对于船体结构有限元分析和可靠性分析是十分重要的。预报船舶运动响应、水动压力和剖面载荷的传统做法是采用切片理论，该理论对常规细长船舶的运动响应和剖面波浪载荷能给出较好的预报结果，但对船体表面脉动压力的预报，却因没有充分考虑三维效应而与船模试验结果出入较大。本文通过引入“高频低速”假定，基于三维线性势流理论，用三维源汇分布法在频域内求解非定常流场，进而计算船舶在规则波中运动、波浪载荷和脉动压力响应。对集装箱船FLOKSTRA的计算结果表明：与切片法相比，本方法计算的脉动压力响应与船模试验结果符合较好。     

三体船波浪增阻与纵向运动数值模拟及试验研究

为了研究三体船航速及不同波陡波浪参数对其波浪中增阻及运动响应的影响,本文首先对三体船在静水中的阻力进行了数值模拟;其次,通过数值模拟计算了三体船在迎浪规则波中总阻力及纵向运动响应,进而得到波浪增阻,并根据试验结果对数值计算结果进行了验证;最后,研究了三体船在短波和长波中波浪增阻和纵向运动响应随波陡变化的非线性特征.研究...     

深水S型铺管托管架-船体-管线耦合分析

为了研究S型铺管过程中托管架-船体-管线之间的耦合作用,采用管线与托辊之间的接触机理来模拟这种耦合作用.用广义弹性面接触法模拟托管架上的托辊;铰接方式连接管线上弯段莫里森杆;PID控制理论用来模拟船的动力定位.通过计算得到了铺管作业工况下船体的运动响应和管线对船体运动贡献力.同时通过S型铺管弯曲应力经验公式验证计算结果的正确性.结果表明,低频波浪对铺管作业有较大影响,耦合作用力不容忽视.计算铺设管线的工作海况时建议考虑托管架与管线的相互作用.     

利用图象处理技术对船体周围波分布的测量实验与研究

提供了利用图象处理技术在曳航水池中测量船体周围波高分布的测量系统及其理论分析,当镭射光平面从曳航水池中射出,根据画像上的明暗边界对自由表面进行了可视化,结合可视化分析和图象处理技术,本文开发了一种对静水和规则波中船体周围波高分布进行的图象测量系统。在曳航水池中为了在图象中获得足够的明暗对比度,需要使用高性能镭射发光器和高清晰度的摄像机。测量解析结果显示本系统不仅适用一般性船而且适用于高速船,还介绍了一种新的对船体周围波高分布测量的实验结果的分析方法。该方法的数值计算应用了广义的最小二乘法,文中提供的测量系统和分析方法对波浪阻力研究和流场模型构造有一定的实用价值。     

多体船形状因子1+k确定方法

针对确定多体船形状因子(1+k)的方法具有争议性的问题,采用CFD叠模计算确定双体和三体等多体船形状因子的方法。用CFD叠模方法计算了某单体散货船以及多体船在不同航速下的船体形状因子(1+k),并分析随航速的变化规律,结果表明单体船通过叠模数值计算结果与ITTC建议的低速模型试验结果基本吻合,而多体船其所得结果存在一定差异。经分析得知基于CFD叠模计算确定单体船形状因子(1+k)方法具有可行性,采用CFD叠模计算船体形状因子更能体现多体船形状因子随航速变化的实际情况,也表明CFD叠模计算船体形状因子(1+k)的方法可能更适用于多体船型。     

参数化艇身阻力特性的全局敏感度及设计空间

为有效降低飞艇艇身外形设计参数的维度、提高设计效率,并给予飞艇艇身初期设计一定的参考和指导.结合PARSEC(parametric section)参数化方法、计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法和基于方差的Sobol全局敏感度分析方法,形成了一套艇身外形参数关于阻力系数敏感度的评价体系.首先,采用物理意义明确的PARSEC方法描述飞艇艇身外形轮廓线.然后,由拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling, LHS)所产生样本艇身的阻力系数通过二维轴对称模型的CFD数值方法得到,CFD数值方法求解精度通过6个典型流线型旋成体的实验数据得到了验证,在保证雷诺数一致的情况下,计算和实验所得艇身阻力系数的平均相对误差为1.5%.最后,通过Sobol全局敏感度分析方法对艇身外形参数进行了敏感度排序.研究结果表明,与艇身阻力系数最敏感的3个参数分别为头部半径r_h、最大半径r_d和最大半径位置x_d.在此工作基础上形成了飞艇艇身外形的设计空间,所得设计空间对提高飞艇外形设计效率、降低飞艇气动阻力系数具有积极意义.     

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.     

CFD在船舶喷水推进器设计与性能分析中的应用

为进一步深入研究喷水推进器的性能,讨论了计算流体力学作为一种先进手段在喷水推进器设计和性能分析中的应用.通过求解雷诺时均的控制方程,计算了某喷水推进泵和"喷水推进器 船体"的流场.利用计算流体力学(CFD)的后处理技术,分析了喷水推进泵的流动特点,发现了泵设计的不足并提出了可改进之处.CFD方法分析"喷水推进器 船体"流动特性比传统理论方法更准确、细致、方便.借助CFD工具,可在模型试验之前对喷水推进器的设计进行深入分析和优化设计,还可完成性能预报.     

基于小波变换的船体NURBS曲面光顺方法研究

根据大量的船体型值点,如何有效地建构出光顺的船体曲面是逆向工程中的一个关键问题,而船体曲线曲面光顺又是船舶型线设计的重点和难点.针对船舶型线的设计特点,研究定义了船体曲面的光顺准则;针对船体曲面的复杂性,引入NURBS的k、l次有理基函数Ri,k(u)、Rj,l(υ)作为小波尺度函数,采用小波变换作为曲面光顺方法,利用高亮线检验曲面光顺性;最后通过实例证明了该方法的有效性和合理性.     

近场空爆载荷作用下船体板变形估算方法

鉴于目前我国舰船空中爆炸结构响应试验数据的匮乏以及对复杂结构采用理论求得解析解的困难,对船体板结构在空中近场爆炸载荷作用下的破坏估算方法进行研究.根据爆轰波理论及气体膨胀理论计算出空中近场爆炸载荷的形式及其正压作用时间,应用应力波及塑性动力学理论推导船体板结构的变形,得到不同空爆工况下船体板的破口大小及挠度.通过算例进行验证,计算结果与经验值良好吻合.所推导的估算方法应用于舰船结构在空中近场爆炸冲击波作用下产生的毁伤能够满足工程计算精度要求,可作为舰船防护结构的设计依据.     

冷库稻壳热绝缘层热湿状态研究

本文对冷库稻壳热绝缘层的热湿特性进行了分析。提出用空气层解决冷库工程中热绝缘材料受潮的方法,通过工程实践和热工测试分析,证实了在冷库阁楼稻壳层表面形成自防潮壁垒理论;0℃附近的干燥带的存在。使得对冷库热绝缘层的热湿迁移现象的物理本质有了新的认识,对冷库热绝缘层保持干燥的设计方法起重要的指导作用。     

单域单向水平倾角最小化圈绕凸壳新算法

本文作者实现了对二维点集卷包裹凸壳算法的同构化改进与创新,并依据同构化凸壳构造基本定理,提出效率更高的单域单向水平倾角最小化圈绕凸壳新算法。本新算法的同构化特点是：1）找出给定二维点集的最低点,即Y轴座标值最小点（若有多个最小点,则只取最左的最小点）,并作为凸壳初始顶点（即最低顶点）;2）过最近新顶点,作平行X轴正方向的同向顶点射线,并找出当前点集内对该顶点射线倾角最小的点,以作为逐边圈绕的最新顶点;3）在当前点集分布域中,删除由初始顶点、次新顶点、最新顶点构成三角形所覆盖的全部点。并当所剩当前点集非空时才从“2）”继续作逐边圈绕。     

水下船体表面清刷机器人吸附及移动性能分析

为了保证水下船体表面清刷机器人吸附可靠和运动灵活,需要合理地确定机器人的吸附力和驱动力矩.首先介绍了机器人的工作原理,以及机器人可能遇到的危险状态;然后对机器人进行了力学分析,建立了机器人相对船体表面静止和运动时的力学和数学模型,运用"极值寻优法",确定了机器人在水下船体表面上工作时所需最小的吸附力和驱动力矩;运用MATLAB对数学模型进行了仿真分析,分析结果与上述理论计算结果相符.这些研究为确定机器人的吸附力和驱动力矩提供了理论依据,保证了机器人在水下船体表面上吸附和移动的可靠性.     

微波辐射稻壳生物质解毒Cr(Ⅵ)

农林生物质解毒Cr(Ⅵ)是一种廉价的环境修复方法。以稻壳和重铬酸钾为研究对象,通过微波辐射作用,研究生物质对Cr(Ⅵ)的解毒行为,探索微波/生物质解毒Cr(Ⅵ)的实验条件。实验考察了微波功率、微波辐射时间、重铬酸钾与稻壳的质量比对Cr(Ⅵ)的解毒效果的影响。研究结果表明,稻壳对Cr(Ⅵ)的有明显解毒效果,在微波功率为800 W,作用时间为4 min,重铬酸钾同稻壳的质量比为1∶7的条件下,Cr(Ⅵ)的解毒效果可达98%以上。生物质稻壳有潜在修复受Cr(Ⅵ)污染环境的利用价值。     

捞雷具夹紧机构夹紧力与鱼雷体承载能力的研究

捞雷具用于水下半埋状态实验鱼雷打捞.文中以水下半埋状态鱼雷打捞为研究对象,依据捞雷具工况初步确定了夹紧机构夹紧力,利用薄壳强度理论对鱼雷壳体的强度和稳定性进行了计算,证明了夹紧机构夹紧力的大小是适当的.并利用大型结构分析软件ANSYS,采用有限元方法,对鱼雷壳体的强度进行了计算.根据有限元法获得的计算结果与解析法计算结果相比较,验证了有限元法的可靠性.为捞雷具夹紧机构的结构设计和优化提供了理论依据.