压电纤维致动的仿鲤鱼尾鳍式小型推进器的摆动特性及流固耦合机理

宏压电纤维复合材料（Macro fiber composite,MFC）克服了传统压电材料在韧性和脆性方面的不足,具有驱动变形大、柔韧性好且防水性好的优点,在仿生变形驱动领域具有广泛的应用前景。模仿锦鲤鱼类的形态特征和身体/尾鳍（Body or caudal fin,BCF）游动推进模式,提出了一种MFC致动的仿鲤鱼尾鳍式小型水下推进器。在峰值1 000 V、频率7.5 Hz的简谐激励电压下,试验测得推进器末端水下最大摆速154.5 mm/s。采用计算流体力学（Computational fluid dynamics,CFD）分析了推进器摆动过程中周围流场分布及变化情况。仿真结果表明,推进器在稳定推进阶段产生的瞬时最大推进力和平均推进力分别为9.8 mN和4.22 mN,与Lighthill细长体理论一致;同时从推进器周围的周期平均流场结构中观察到了一片流速约为推进器结构最大摆速2倍的高速流场区域,且始终存在着一对对称分布、旋向相反的涡环结构沿着推进器顺流而下,因此产生一股高速水流从推进器尾部喷射而出,而推进器在高速水流的反作用力下向前推进,从而揭示了仿鲤鱼尾鳍式小型水下推进器的流固耦合特性和推进机理。     

海底单层保温管铺设受力的试验分析

国外某油田建设时,在海底管道S型试铺设过程中,单层保温管在经过张紧器后出现配重层开裂以及夹克管与保温层滑脱的现象。为探讨发生上述现象的原因,以便为后续工程的进一步实施提供指导,根据该条单层保温管涂层的技术参数、铺管船施工时的工艺参数以及试铺设过程中出现的问题,开展了模拟压溃试验和剪切试验。研究结果表明,单层保温管的压溃强度仅为468.5 kN/m,剪切试验中压溃管件的整管推脱力仅为944 kN。据此指出,该工程项目的单层保温管铺设施工,应控制张紧器夹持载荷不超过468.5 kN/m,以保证铺管作业的安全顺利进行。