附体对潜艇兴波尾迹的影响分析

基于RANS(雷诺时均)方程和Realizable k-ε湍流模型,采用Simple算法求解压力-速度耦合项,建立了求解水下潜体兴波阻力的数值模型,并对潜艇近水面航行时的兴波特征进行了模拟.首先进行了网格及时间步长的收敛性验证,并验证了本数值模型的准确性.接着计算了SUBOFF潜艇在裸艇工况下以不同潜深航行时的兴波阻力,并针对特定潜深研究了潜艇在不同附体工况下以不同航速航行时的兴波特性.研究表明:当潜艇在弗劳德数为0.5附近时,兴波阻力系数最大;当潜深接近1/2艇长时,兴波阻力系数接近0;当单独存在尾翼附体时,会产生较大的兴波,驾驶舱与尾翼附体同时存在则会减少该影响;潜艇表面形状的突变会产生较大的压力变化.     

基于梁刚体元模型的圆柱风致响应耦合分析

基于梁刚体元方法提出了圆柱风致响应分析的近似模型,通过计算流体动力学(CFD)求解器FLUENT及其动网格方法求解流体方程,实现了结构与流体的流固弱耦合分析,并利用精细积分法提高了结构的动力分析效率.针对梁刚体元近似模型、刚性模型与弹性模型,比较了不同风速下三维圆柱结构的顶部位移与加速度响应.结果表明,随着风速的增大,结构横向振动幅值呈非线性增加;不考虑耦合作用的刚性模型计算结果误差较大.     

基于量纲分析的钉盘磨绕流阻力矩模型构建

 利用计算流体力学（CFD）方法、正交试验和量纲分析,研究了钉盘磨齿钉所受绕流阻力矩的数学模型。以钉盘磨主要结构参数、操作参数为试验因素,以两圈齿钉所受绕流阻力矩为试验指标,对钉盘磨进行正交试验,并基于量纲分析将试验数据无量纲化,采用各无量纲参数多项式相乘的形式对数据进行拟合,建立了钉盘磨绕流阻力矩数学模型。实例计算结果显示,在两种工况条件下,该模型所计算的第1、2 圈齿钉的绕流阻力矩与CFD 计算值之间的相对误差分别为9.832%、28.914%和10.321%、5.442%,表明该模型的分析结果满足工程所需精度。     

带式舟桥水阻力理论计算方法

针对带式舟桥现有水阻力计算公式存在理论值与试验值误差较大的问题，采用数据统计分析的方法，通过对带式舟桥门桥水阻力模型历史试验数据进行回归分析，调整并完善了现有计算公式中关于阻力系数的取值规定；通过运用有限元数值仿真分析的方法，揭示了带式舟桥吃水较小时航速对门桥的水阻力影响更大的作用机理，确定了公式中计算航速的指数与吃水深度的函数关系，建立了修正的水阻力计算公式。模型试验和仿真计算数据验证表明，修正的理论计算公式能够更好地预测门桥在各种工况下的水阻力值，可用于带式舟桥设计过程中的水阻力计算。     

柴油机缸体水套建模及流体动力学分析

采用CFD技术对柴油机缸体水套进行流场分析是缸体水套设计与优化的一种有效方法,但是简化模型被广泛采以建立流体几何模型。为了实现真实水套的流场计算,在Pro/E软件中以现有缸体模型为参照采用布尔算法建立了水套三维几何模型,通过ANSYS Work-bench软件与Pro/E软件的无缝连接构建了水套无简化流体模型,并在ANSYS Workbench环境下进行了网格划分与流场计算。计算结果指出：采用合理的建模方法与有效的流场分析技术,依据现有的计算机技术可精确完成无简化缸体水套流场的CFD计算,且计算时间较短。     

深水双锥型网箱的水动力估算

以流体力学基本理论为基础,对深水网箱的水动力阻力进行估算。用理想化的模型代替复杂多变的模型,把网箱所受阻力分为直杆、圆环、网衣3个部分,忽略其余部分的阻力。通过数学拟合得出简化的公式,误差被控制在允许的范围内。运用所得公式,按步骤对一网箱实例进行理论估算。比较模型试验与理论计算值,理论值一般比模型试验所得的网箱水阻力小10%左右。网箱各尺寸参数影响网箱的水动力特性。     

土-框架结构相互作用振动台试验数值模拟

根据所进行的土体-框架结构的振动台模型试验,采用基于HHT的随机减量法确定出结构、土体的参数,在ANSYS中建立数值模型,计算了不同工况下结构模型的加速度响应,结果表明:当小幅值输入情况下,采用线弹性计算时,计算结果与实测结果吻合较好.但是,当输入地震波幅值增大以后,仍采用线弹性计算会带来较大的误差,而对于土体采用等效线性化进则可以减小与实测结果的误差.本文的计算结果与实测数据吻合较好,正确地反映出了不同工况下结构的反应规律,可为土-结构振动台试验的三维数值计算模型的建立及参数的合理选取方法提供参考.     

工程橡胶元件弹性特征参数的确定方法

对橡胶材料进行大形变单轴拉伸、单轴压缩和平面拉伸试验,基于非线性弹性理论拟合得出超弹性模型参数,一方面通过数值计算完整定义材料的初始剪切模量、杨氏模量、体积压缩模量、表征压缩模量,另一方面通过仿真分析准确预测大形变范围的非线性特征以及弹性体压缩变形应力-应变关系对试件尺寸和试验边界条件的依赖性.而后,基于线弹性理论进行小形变单轴拉伸和压缩试验,并计算线性模量.分析结果表明,线性理论仅适用于拉伸和剪切小形变弹性体,而对于发生大形变或以压缩为主的复杂形变弹性体而言,大形变试验结合非线性理论和仿真分析是获取有效弹性特征参数的最佳手段.     

考虑摩擦补偿的SEA弹性体刚度在线估计方法

提出了一种考虑摩擦补偿的串联弹性作动器(SEA)弹性体刚度在线估计方法.该方法利用作动器在适当条件下电机电流补偿摩擦力矩后估计的力矩来实时校准弹性体刚度,以减小弹性体刚度变化带来的力矩估计误差.通过实验定量分析了基于谐波减速器的系统摩擦力矩模型参数.对比弹性模型和电流模型计算力矩的优缺点,分析出当电机角速度在适当范围且负载变化较小的稳定状态时,电流力矩模型补偿摩擦力矩后可准确地计算负载力矩.负载稳定状态时,以电流模型估计力矩,并采用卡尔曼滤波算法对弹性体刚度实时校准.负载不稳定状态时,以弹性模型估计力矩.实验结果表明,本方法能有效克服弹性体刚度变化导致的力矩误差.     

水下航行体行进阻力与自由水面兴波实验和数值研究

采用物理模型实验与计算流体力学方法,对潜艇不同潜深和弗劳德数条件下的阻力与自由水面兴波进行了研究,并通过多项式拟合对不同潜深条件下阻力随弗劳德数的变化关系进行了分析．研究结果表明,当潜深较大时,潜艇阻力与弗劳德数呈二次幂的关系,且拟合相关度较高;当潜深较小时,二次多项式拟合相关度降低．阻力随潜深的变化基本上先增大而后减小,弗劳德数较高时变化较为剧烈,弗劳德数较低时变化较为缓慢,且当潜深足够大时阻力不随潜深变化而改变．数值结果表明,弗劳德数的增加与潜深的减小均将导致自由水面波长和波幅的增大,兴波能量增加,潜艇克服阻力做的功增加,从而导致潜艇的阻力增大．     

超大浮体的多段梁模型特性分析

为分析超大型浮体的水弹性响应特性,以某超大型浮体为研究对象,通过建立多段梁模型,并利用ANYSY软件进行结构干模态分析,利用流体分析软件求解得到结构的水动力系数,最后通过水弹性计算程序对超大型浮体在不同浪向、不同波长波浪作用下的水弹性响应进行了研究。同时,为分析超大型浮体连接件刚度的影响,对不同连接件刚度下的水弹性响应进行了对比分析。计算结果表明,长波作用下浮体的刚体作用占主导,而在短波作用下弹性变形占主导;浮体对波浪的浪向较为敏感,但弹性变形的最大值一般出现在波长接近于浮体在波浪入射角方向上投影的长度时,浮体的水弹性响应对连接件的刚度较为敏感。     

数控刀具预调仪误差补偿技术的研究

误差补偿是一种提高机床与仪器工作精度的有效方法，本文根据数控刀具预义的结构特点，在刚体模型的基础上，建立了非刚性体数学模型并推导出误差补偿公式，最后，采用激光义测量轴向任意直线定位误差的方法对修正效果进行了验证。     

等效弹性铰接体模拟单个桥节的海上浮桥计算方法

浮桥通常由多个桥节拼组而成,增大单个桥节构型尺寸可以提高其海上拼组架设效率和车辆通行时的安全性.但随着桥节构型的增大,其自身弹性变形更加显著.为了求解一个300 m长的铰接浮桥在波浪中的结构响应特性,提出了一种基于等效弹性铰接的多浮体模型模拟单个桥节的海上浮桥动力响应计算方法.首先,基于弹性基础梁模型和铰接多浮体模型的...     

基于微力测量的微纳米测头系统设计及优化

针对国内外研制的微纳米测头测量时无法实时测量测力的大小和方向,无法实时修正不同方向和大小的测力、不同长度测杆受力变形等引起的测量误差的缺点,研制了一种基于六维微力测量原理的自修正微纳米测头系统,可以实时测量测力的大小和方向,进而获得测头位移和变形量的大小和方向,计算出由于测球测杆受力变形引起的测量误差,通过误差修正模型进行实时自修正,提高测头的测量精度。为了实现测头级的测量灵敏度,应用ANSYS软件和正交试验方法进行结构优化设计,确定测头的基本几何尺寸和测头弹性体上测量不同方向测力的最佳测量区域,为后续的测头加工提供理论基础。最终的分析结果证明了测头x和y方向的测量灵敏度可以达到25.5μεz,方向的测量灵敏度可以达到11.7με。     

两种刚柔耦合动力学模型的对比研究

以由中心刚体与弹性梁构成的刚柔耦合系统为对象，对比研究了一次近似和传统零次近似这两种耦合动力学模型在同一问题上表现出来的不同性质，首先从变形理论出发，导出了在结构动力学中被忽略的变形位移的二次耦合项，建立了由中心刚体与弹性梁构成的刚柔耦合系统的一次近似动力学模型，通过计算反例，揭示了对于刚柔耦合多体系统，即使没有大范围旋转运动提供了的强离心场，在某些条件下零次近似模型也不能正确描述柔性体的刚柔耦合动力学性质，而一次近似动力学模型却能得到符合实际情况的结果。     

螺旋桨CFD不确定度及叶形对桨叶变形的影响

为了研究螺旋桨在水动力作用下的变形特性,通过计算流体力学(CFD)理论,结合雷诺平均Navier-Stokes方程并选用SSTk-ω湍流模型对438X系列螺旋桨的敞水性能进行数值模拟;针对4381螺旋桨设计了3套网格,并进行了螺旋桨敞水性能的不确定度分析;将CFD软件计算与有限元法求解相耦合,计算所得水动力载荷通过插值技术传递给螺旋桨,以分析桨叶应力分布及其叶梢处的变形情况.结果表明,在水动力载荷作用下,复合材料螺旋桨桨叶将产生明显变形,且不同螺旋桨所产生的侧斜和纵倾等均不同,在复合材料螺旋桨的设计和流-固耦合计算中必须加以考虑.     

弹性变形对双座电动飞机模型气动特性的影响

与常规飞机相比,电动飞机在气动布局方面采用了更大的展弦比,在气动力作用下弹性变形更加明显.针对双座电动飞机风洞试验模型,采用计算流体力学/计算固体力学(computational fluid dynamics/computational structural dynamics,CFD/CSD)流固耦合方法分别计算了机翼有无弹性变形的气动力特性,并与面元法和风洞试验结果进行比较.结果表明,受弹性变形影响后升力系数增加,阻力系数减小,相同升力系数下的升阻比几乎没有变化,弹性变形对俯仰力矩系数影响显著,变形后的纵向静安定裕度显著提高.采用面元法计算气动弹性变形的方法计算高效,升力系数误差在10％以内,能满足工程实际应用;CFD/CSD流固耦合计算与风洞试验结果更接近,升力线斜率较风洞试验低7％;变形后的纵向静安定性随迎角有增大趋势,与风洞试验结果一致;弹性变形对机翼扭矩影响较大.     

配变形钢筋T形截面连续梁的微混凝土结构模型试验

基于钢筋混凝土模型试验理论 ,对配变形钢筋 T形截面连续梁的受力性能进行了微混凝土模型试验 ,研究了模型梁从开始加载到破坏各个阶段的结构性能 ,分析比较了模型和理论分析计算的荷载—挠度关系、塑性内力重分布过程以及弯矩—曲率关系等 ,结果表明微混凝土模型试验是钢筋混凝土理论研究的一种有效途径。     

某埋头式弹丸动态冲击挤进特性的研究

为研究埋头式弹丸动态冲击挤进过程中弹带在坡膛处产生的高应变率塑性变形及断裂失效问题,考虑到埋头式弹药二次点火和火药程序燃烧的特殊性,将试验测得的弹底压力及弹丸一次上膛速度作为数值仿真模型的初始边界条件,建立了基于身管及埋头式弹丸结构特性、材料大变形和损伤效应等因素的三维有限元模型. 基于LS-DYNA软件,采用显式数值计算方法,对埋头式榴弹动态冲击挤进过程进行了研究,获得了弹丸冲击挤进阻力的变化规律,并分析了弹带表面刻槽的成形过程及应力应变特征. 结果表明:当埋头式榴弹的紫铜弹带冲击挤入坡膛时,经历了从弹性变形到塑性变形,并最终断裂失效的过程. 当弹带完全挤入身管全深膛线,整个动态冲击挤进过程结束,弹带表面形成了较深的刻槽,并与身管膛线紧密贴合,其间冲击挤进阻力呈现出强烈的非线性变化.