浮基多体系统在静水中展开过程的运动响应

为模拟浮基多体系统上部结构在展开时的顺序与快慢对浮基运动响应的影响,介绍了建立在齐次矩阵方法基础上的浮基多体系统运动时域求解方法,并对一个由4刚体组成的浮基多体系统进行了建模和数值计算,模拟了上部机构以一定规律依次展开或同时展开时系统的运动响应,得到了浮基在各工况下横摇、横荡和垂荡的时间历程曲线。数值模拟结果表明：对于这2种展开形式,浮基的横荡几乎不随展开时间和形式变化,影响比较明显的是垂荡和横摇。总的来说,该浮基多体系统同时展开的方式要优于依次展开的方式。     

滚装重荷载应急卸载过程的浮基多体系统动力学分析

在救灾和战争等非常情况下，利用中小型近海滚装渡轮或改装后的渔轮渡海输送重荷载，具有可征用船只的数量多和装卸载不依赖吊装设备等优点。在缺乏港口屏蔽的海浪环境中，重荷载进行滚动卸载，必须考虑波浪对船的作用和重荷载与船的相互作用。通过对船在波浪中所受表观重力和表观浮力的分析，导出波浪作用力矩的计算公式。运用浮基多体系统动力学方法，建立波浪－浮基－重荷载系统的动力学方程。使用标准的龙格－库塔四阶方法进行数值积分求解。考虑海况、船型和重荷载在船上运动参数等因素，计算了各工况下的横摇运动响应。进而给出了重荷载安全快速卸载的驾驶操作要求及相关运动规律。     

滚装船减摇装置构建及减摇效果分析

应用有限元分析软件对在渤海湾海域运营的滚装船进行模态分析,得到船体的横摇模态及模态频率范围。根据这些系统固有特性数据,提出一种减摇装置的构建方法。应用调谐质量阻尼器被动减振的原理,利用滚装船上的装备及货物作为减振质量体,使用弹簧和阻尼器连接减振质量体和船体,构成减摇装置,实现滚装船的横摇控制。通过合理选取减摇装置的参数,提高了横摇控制效果。仿真分析结果表明:减摇装置对滚装船具有较好的横摇控制效果。     

大翻转摆杆激励下水上浮基模型的运动响应

为进一步研究大翻转摆杆运动对浮基运动的影响,并检验齐次矩阵建模方法和数值模拟结果的正确性,在试验水池中进行了模型试验,用非接触六自由度运动测量仪和数据采集分析系统对浮基系统的运动响应进行了记录和分析。针对此浮基多体系统,用多体系统动力学的齐次矩阵方法建立相关数学模型并进行求解。试验数据和数值模拟结果吻合较好,说明齐次矩阵方法可有效、方便、快捷地模拟浮基多体系统的运动响应。结果表明,在上部结构运动的激励下,浮基也将产生运动,即多体之间存在耦合运动;漂浮在水面上的浮基运动,将激起浮基附近流场的变化,即浮基与水之间也存在耦合运动。     

基于多体动力学的浮式风机拖航中的环境影响分析

新型全潜式浮式风机具有可在船坞中建造、整机一体化浮运拖航到安装区域的优点,从而减少了海上施工过程中大型吊装机械的使用.但是全潜式浮式风机作为一种高耸结构,在拖航过程中受到的环境荷载倾覆力矩较大,需要对拖航浮运过程中的稳性进行分析以保证施工过程的安全.本文基于多体动力学方法,建立了拖船-拖缆绳-全潜式浮式风机整个拖航系统的动力学模型,研究了拖航过程中风、波浪、海流3种环境影响因素对全潜式浮式风机运动响应的影响.结果表明,在选取的拖航工况中全潜式浮式风机拖航横摇和纵摇均小于2°,垂荡位移小于1.3,m;浮式风机基础拖航纵摇主要受风和波浪影响较大,而横摇和垂荡受波浪影响较为明显;在遭遇较大横浪时,应尽量调整拖航行进方向与波浪方向平行.     

带浮囊的小型漂浮平台横摇幅值分析

为了完成海洋环境中的局部信息探测与海域封锁,提出了一种小型便携式水面无人漂浮平台,该漂浮平台由漂浮装置和主平台通过铰链连接组成,主平台通过测量自身角度进行平衡稳定,柔性连接的漂浮装置对平台提供漂浮浮力和初级减摇稳定。针对小尺寸漂浮平台的柔性连接方式,提出了一种将系统的柔性连接简化为摇荡回复力矩的仿真方法,采用三维势流面元法,分析了平台在三级海浪下的横摇运动响应因子和横摇运动响应谱。结果表明在三级海浪下,平台的有效运动幅值为5.43°,满足系统指标要求,系统能够通过软硬件进行有效调平。通过改变漂浮平台的重心高度和浮囊的直径,分析了系统参数对漂浮特性的影响。结果表明,系统横摇运动幅值随重心高度和浮囊直径呈U形变化,在重心3 022 mm和直径2 030mm处,系统横摇运动幅值达到最小;对于大长径比系统,重心高度对系统横摇运动幅值的影响程度远大于浮囊直径。结果可为小型漂浮平台进一步研究提供一定的理论基础。     

考虑连接间隙磨损的水中浮体功能可靠性研究

针对缆系式水中浮体系泊缆和结构体连接间隙磨损所带来的系统功能可靠性问题,基于Archard黏着磨损计算方法及可靠度计算方法,建立了考虑连接部位理想铰接及连接间隙磨损的系统动力学模型。利用多尺度法及Newmark-β方法分别进行了动力学方程的求解和功能可靠度的求解。在此基础上研究了纵荡位移和纵摇角度的可靠性,结果表明,随着磨损量的增加,连接接触力分别达到了理想铰接值的12.0倍和5.5倍;当磨损量大于1.5 mm时,浮体横摇角度的均值和峰值都要大于理想铰接状态,可靠度急剧降低,当间隙值大于1.82 mm时,可靠度小于90%;考虑连接磨损情况下浮体纵荡位移的可靠度会出现一定程度的降低,总体来讲变化不大,其位移的可靠性可以满足。     

海浪因素下自动排管系统的多柔体动力学分析

为了研究海浪影响下自动排管系统的运动学特性,利用有限元分析软件ANSYS建立其重要柔性杆件的有限元模型。通过多体动力学仿真软件Adams形成自动排管机的多体系统模型,对其进行多柔体动力学仿真并获得其动力学仿真特性曲线,对刚体以及海浪因素下柔体模型运动学仿真结果进行对比。通过正交实验法在波高、最大摆角和周期等参数不同时,对自动排管机夹持爪的位移、加速度的变化进行分析。进而,分别就2个主要影响因素垂荡波高和周期及不同横摇相位角对自动排管系统进行精确的多柔体动力学分析。结果表明,海浪的影响下,系统的位移精度和惯性发生明显的改变;随着波高、最大摆角和周期等参数的改变,自动排管系统的运动学特性呈规律性改变;随着周期的增加和波高的减小,系统的惯性变化越大,当垂荡波高在2～4 m、垂荡周期在10～20 s时,自动排管系统的位移偏差相对较小;随着横摇相位角的改变,当相位角在90°～180°时自动排管系统位移偏差和惯性最大。     

基于小波理论的舰船非线性横摇运动特性分析

探索采用小波分析方法研究船舶在波浪中非线性摇摆运动的动力学特性．对在几种不同的典型波浪参数情况下,得到的船舶在波浪中非线性摇摆的响应,进行小波变换．利用小波变换所特有的时频窗,可以同时在时域和频域中研究船舶横摇响应的模图和相图．通过分析所得模图和相图的典型特征,得到舰船非线性横摇幅值和频率等动力学特性．且小波变换适应不同频率的窗口特性具有更好的分辨率,可以获得更多的横摇运动响应特性信息．研究表明,小波分析在非线性横摇运动动力学特性分析的研究中是可行的,可以加强对船舶横摇非线性复杂动力学特性的分析能力．     

张力腿平台局部系泊失效模式下动力响应分析

针对浮体-张力筋腱非线性耦合系统,采用时域分析方法对局部系泊失效下的张力腿平台进行动力响应分析,重点研究两根筋腱失效时筋腱失效位置、波浪载荷参数与平台各自由度动力响应的关系.结果表明:局部系泊失效对平台横荡、纵荡、艏摇自由度的动力响应影响远小于横摇、纵摇、垂荡自由度;失效位置与平台动力响应关系密切,失效筋腱位置越集中,平台响应越大,反之亦然;筋腱失效后平台在不同波浪载荷参数下的运动特性及顶端张力表现各异.垂荡瞬态阶段响应对波高和波周期敏感性较强,垂荡稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性较强;纵摇(横摇)瞬态和稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性均较强;波浪载荷参数对筋腱顶端张力的影响较小.     

多灾害作用下特大桥梁深水基础动力稳定性分析

以拟建的琼州海峡大桥深水基础为研究对象,考虑地震力、船撞力、波浪力等多种灾害因素,采用有限元动力分析法对深水基础位移响应进行分析,探讨其动力响应特性.结果表明:深水基础在地震力作用下基本为同向运动,并发生较大的水平位移,100年超越概率4%(E2水准)时位移最大达24.4cm.船撞力作用下,水平位移达15.1cm;波浪力作用下,水平位移达10.8cm;群桩在动荷载作用下响应复杂,由于土体的约束以及上部大刚度沉井的惯性力作用,桩身及上部沉井相对位移较大,导致桩头部位发生明显的应力集中.计算结果可为今后特大桥梁深水基础,尤其是为琼州海峡大桥深水基础的设计提供参考.     

海上浮式风机载荷计算与动力学分析研究综述

海上浮式风机是目前最具开发潜力的新型风电技术,能为蕴藏丰富的深海风能开发提供有效的解决方案.由于浮式基础的大幅度运动、缆索的非线性大变形、叶片和塔架的大柔性及叶片承受的巨大运行风载荷,使得风浪流载荷作用下海上浮式风机系统耦合动力学分析面临着巨大的挑战.考虑到海上浮式风机特有的运动和体型特征,论述了海上浮式风机水动力学、气动力学、锚泊系统动力学和刚柔耦合动力学分析等方面的研究进展,阐明了现有载荷计算和动力学分析方法存在的局限性和可能的解决方法,指出未来应从全局系统出发研究水动力学、气动力学和结构动力学耦合问题,从而发展并形成海上浮式风机的专业分析方法与工具.     

船坞牵引(定位)小车-缆绳-船舶系统动力响应分析

船坞引船系统作为船坞的重要组成部分,其性能直接关系到船舶能够安全进出船坞。基于MMG模型理论,构建了船坞牵引(定位)小车-缆绳-船舶系统的动力学方程。通过数值计算,模拟了船舶在不利海况条件下进坞运动过程的动态响应,以及缆绳张力的变化情况。重点研究探讨了牵引缆绳长度、牵引绞车启动加速时间以及牵引速度等因素对牵引缆绳受力的影响。仿真结果表明,牵引缆绳张力作为船坞引船系统的主要外载荷,一方面为船舶进坞运动提供动力;另一方面为限制船舶横向位移提供主要作用。适当加长缆绳长度、延长绞车启动加速时间以及降低绞车牵引速度,可显著改善引船系统所受载荷情况。     

新型浮式系泊系统靠泊动力响应分析

以新型浮式系泊系统为研究对象,通过1∶40的模型试验首先分析无波浪作用下船舶排水量和船速等因素对浮体系泊系统靠泊动力响应的影响,并将浮式系泊系统的靠泊试验结果与相同工况下刚性靠泊试验结果进行对比分析,然后对典型海况（波高2,m,周期6,s,入射角90°的波浪）作用下的新型浮式系泊系统进行靠泊分析,得到其在不同靠泊速度下的动力响应.试验结果表明,相对于刚性靠泊,浮式靠泊的靠泊力小,吸收的能量更大.船速和船舶排水量是影响靠泊动力响应的主要因素,船速和排水量的增大将会大大增加护舷撞击力,并使浮式系（靠）泊平台产生较大的位移.由于偏心的影响,船艏首先系（靠）泊,能量大部分被船艏靠泊平台所吸收,船艉系（靠）泊平台吸能比例很小,尤其当初始靠泊能量较小时,两平台吸能差异更明显.随着船速和船舶排水量增大,船艏和船艉靠泊的时间间隔越小,两系（靠）泊平台位移及护舷撞击合力的差距也越小,船艉系（靠）泊平台吸能比例逐渐增大.     

基于虚拟样机技术的重型汽车ABS模糊控制研究

 在ADAMS/Car中建立三轴重型载货汽车的虚拟样机模型,包括前后悬架、动力总成、转向系统、稳定杆、制动系、轮胎及车身,同时还考虑了轮胎、悬架弹簧、减振器等部件的非线性.利用Matlab/Simulink建立了基于滑移率的防抱死制动系统ABS模糊控制系统.分别在高附着路面、低附着路面及分离系数路面上进行不同载重下的直线制动仿真,计算汽车制动时的动态特性,并与无ABS的常规制动进行比较.结果表明,本文设计的基于滑移率的ABS模糊控制策略对于重型汽车具有良好的控制效果,使车轮的滑移率控制在最佳滑移率附近,防止了车轮的抱死,在制动距离、制动时间及制动稳定性方面都有较突出的优势.     

水下接触爆炸载荷作用下舰船舱段动态响应的数值仿真

该文利用ALE（Arbitrary Lagrange—Euler）算法,应用非线性动力有限元软件LS—DYNA,计算了舰船一个舱段的舷侧防护结构在水下接触爆炸载荷作用下的动态响应过程,给出了各层防护板的应力、应变、速度和位移等动态参数的时间历程,讨论水下接触爆炸载荷对舷侧防护结构的破坏效应及影响。验证了加筋板对结构的加固作用。该文的研究工作对舰船舷侧的安全防护设计具有一定的参考价值。     

龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥耦合振动及行车安全性

为研究龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥系统动力响应及行车安全性,首先以Kou-wen三维模型模拟龙卷风速度场,基于准定常理论确定了移动龙卷风作用下车辆和桥梁风荷载时程. 然后,分别采用多体系统动力学和有限元理论建立列车和轨道-桥梁子系统动力方程,基于轮轨空间非线性接触建立风-车-轨-桥系统动力方程,并采用分离迭代法求解系统动力响应. 数值算例中,以某公路铁路两用斜拉桥为研究对象,通过风洞试验和CFD数值模拟确定车辆和桥梁气动力系数,分析了龙卷风移动路径、强度等级和行车速度对车-桥系统动力响应及列车行车安全性的影响. 结果表明：桥梁竖向振动响应比横向显著,且龙卷风竖向风速对桥梁竖向位移起控制作用 . 当车辆经过风荷载最大位置时,车辆的横向和竖向振动响应均达到最大值,且车辆动力响应受龙卷风荷载和桥梁动力响应共同影响. EF1级和EF1.3级龙卷风作用下,列车安全通过的车速阈值分别为180 km/h和114 km/h.     

重载铁路轨道路基系统动位移空间分布特征

建立了重载货车-有砟轨道-路基系统耦合动力学模型.分析计算了在轨道随机不平顺激励下30t轴重重载铁路轨道-路基系统动位移的分布规律.计算结果表明:(1)轨道-路基系统各结构层动位移状态较为复杂,在重载货车通过的过程中,所受荷载也处于循环往复的加载和卸载状态.(2)在有砟轨道-路基系统的动位移的3个位移分量中,竖向动位移的幅值较大,横向动位移以及纵向动位移的幅值均不超过竖向动位移幅值的6%;而沿横向,动位移的分布较为缓和,其最大波动幅值不超过0.2mm,可近似看做均匀分布.(3)轨道-路基系统动位移沿竖向的变化,大体分为3个阶段:在钢轨到轨枕之间,出现明显突变;在轨枕层区域的衰减幅度较小;在道床层至基床表层及下部结构,竖向动位移表现为沿深度方向不断衰减,并且衰减速率随着深度的增加也在不断减小.