全附体ONRT船模在波浪中自航的数值模拟

采用基于重叠网格技术的CFD方法数值研究了全附体ONRT船模在迎浪工况中自航的水动力特性.文中数值计算采用自主开发的面向船舶与海洋工程的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU.自航计算中船体运动及螺旋桨转动等通过重叠网格技术完成,波浪环境则采用求解器中的三维数值造波和消波模块实现.计算中自航船模的螺旋桨转速通过静水自航数值计算得出,波浪工况计算采用东京2015 CFD会议中标准算例进行设置.数值计算结果,如船体运动、实时航速变化等,与试验数据进行了对比分析.此外,给出了数值预报的推力和扭矩系数,并且通过详细的流场信息来分析和解释了船模在波浪中自航过程中的水动力变化情况.数值预报结果同试验值吻合较好,说明采用当前结合重叠网格技术和CFD的数值方法可以很好地预报波浪中自航问题.     

全附体ONRT船模在波浪中自航的数值模拟（英文）

采用基于重叠网格技术的CFD方法数值研究了全附体ONRT船模在迎浪工况中自航的水动力特性.文中数值计算采用自主开发的面向船舶与海洋工程的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU.自航计算中船体运动及螺旋桨转动等通过重叠网格技术完成,波浪环境则采用求解器中的三维数值造波和消波模块实现.计算中自航船模的螺旋桨转速通过静水自航数值计算得出,波浪工况计算采用东京2015 CFD会议中标准算例进行设置.数值计算结果,如船体运动、实时航速变化等,与试验数据进行了对比分析.此外,给出了数值预报的推力和扭矩系数,并且通过详细的流场信息来分析和解释了船模在波浪中自航过程中的水动力变化情况.数值预报结果同试验值吻合较好,说明采用当前结合重叠网格技术和CFD的数值方法可以很好地预报波浪中自航问题.     

破冰船航行状态在海冰作用下的运动响应分析

通过MOSES软件建立了多用途破冰工作船的数值模型;分析破冰船破冰过程的机理,建立起破冰船正向与冰排作用过程中的复合式冰排断裂模式,指出船艏冰排径向裂纹的扩展这一关键影响因子;推衍出作用于破冰船船艏的冰力函数;对破冰船在航行时与海冰作用的过程进行了模拟计算,重点考察了破冰船逆流与顺流航行状态下的运动响应差别,发现随着相对冰速的变化,这种运动响应的差别是规律性变化的.     

有限元法在船体总振动中的应用

当用梁理论计算船体振动的高谐调特性时,理论计算值与实际试验量测值有较大偏差.这样,梁理论不能作为计算高协调振动的一个实际可用的方法.本文应用二维和三维有限元模型计算船体垂直振动.采用我们自己编制的多单元结构动力分析程序DDJ(DL)在国产709计算机上计算了船体A和船体B两个船的船体总振动特性. 计算结果与实测结果比较表明,建立的二维有限元模型较之传统梁模型有明显的优越性.理论计算与实测之间的偏差大大改进,其四、五协调的计算误差由原来梁模型的20%.以上降低到5%以内.而且由于计算模型简单,原始数据准备方便,计算时间短的特点,适宜在国产中小型计算机上实施.因而该计算模型可供设计部门在船舶设计阶段较为精确地计算船舶振动特性使用.     

应用纵向面积分割多次曝光彩虹全息术合成多幅断层图像的三维单色像

采用纵向面积分割多次曝光彩虹全息术对多幅模拟层析图进行全息记录及白光再现合成三维单色像的实验和理论分析结果. 实验结果及其理论分析表明, 采用纵向面积分割法将主全息图分割为单元主全息图的记录方法可将多幅断层图像合成为无视觉灰度及几何畸变的三维单色像. 首次给出了采用该方法合成的一组医学断层图像的三维单色像.     

跨海特大型桥梁风-浪耦合作用的随机振动分析

考虑风-浪耦合场中风和波浪特征参数的相关性,建立了基于有限元法与边界元法联合分析的特大型桥梁风-浪耦合作用运动方程.其中,作用在大型深水基础上的波浪力采用势流理论和边界元法进行计算,并建立有限单元与边界元单元组的映射关系,将边界单元组上的波浪力映射到结构有限单元上;作用在桥梁上的气动力通过有限元法进行计算,包括由脉动风激发的非定常抖振力和由气弹相互作用产生的自激力.在此基础上,基于随机振动分析的高效算法——虚拟激励法,建立了计算桥梁风-浪耦合作用响应的分析方法.最后,针对某跨海超大跨桥梁方案进行研究,结果表明:与风致响应相比,风-浪耦合作用下桥梁深水基础内力显著增大,其中波浪激发的侧向剪力占主导地位,波浪激发的侧向弯矩在海床附近与风致响应基本相当,但在海床以下更大;斜风-波浪耦合作用下的主梁内力响应和深水基础内力响应比正交风-波浪耦合作用下的结果更大.因此,在跨海桥梁设计中,必须考虑风-浪耦合作用效应.     

信天翁近海面飞行时的气动力研究

针对信天翁近海面的飞行条件,研究信天翁能在大风浪中高效飞行的力学机理．将信天翁简化为二维机翼,采用势流理论的面元方法,重点研究了波浪的有益干扰．给出了信天翁在匀速固定高度飞行和自由飞行两种状态下的波浪扰动力．计算结果表明:信天翁的飞行效率不仅取决于飞行的高度和速度,而且取决于浪高和波长;在大风浪下信天翁可以从波浪有益干扰中获得推力来抵消部分飞行阻力,提高飞行效能．     

刚柔耦合系统动力学建模及分析

准确预测经历大范围刚体运动和弹性变形的柔性体的行为,是当前柔性多体系统动力学领域关注的主要课题.基于线性理论的传统方法由于无法计及动力刚化效应,导致在许多实际应用中得到错误的结果.本文从离心力势场的概念出发,应用Hamilton原理建立了具有动力刚化效应的刚柔耦合系统的运动方程,证明了该方程解的周期性,并采用了Frobenius方法给出了其精确解的一般形式.通过算例分析了刚体运动对弹性运动的模态和频率的影响.     

考虑失效相关性的长寿命系统可靠性置信限综合评估模型

根据高长寿命产品的试验数据特征,采用退化轨迹拟合、两点分布和区间估计思想,分位数置信限-失效阈值干涉、可靠度预估响应模拟,分别给出了小样本和大样本试样下的零部件可靠性置信限评估方法。运用Copula理论拟合零部件失效间的动态相关性,从而对应性地建立了系统级可靠性置信限综合评估模型。该模型改善了独立性系统可靠性置信限评估方法预估结果过于保守的情形。算例验证了该类模型的可行性和有效性。     

求解增广线性系统的局部多分裂迭代法

为了在高性能计算机上求解增广线性系统,基于并行多分裂的两种技巧,本文提出一种局部多分裂迭代格式,给出当增广线性系统的矩阵为M-矩阵和H-矩阵时新方法的收敛性理论.并讨论预条件矩阵的特征值情形.     

一类两参数半线性奇摄动问题解的渐近性态

本文研究了一类两参数半线性奇摄动问题的基本模型.利用奇摄动方法,对该问题解的结构在两个小参数相互关联的三种不同情形下作了讨论.得到了该问题在三种不同情形下的渐近解并证明了在三种情形下解的结构与渐近性态.     

两部件并行系统可靠性分析的某些新推进

两个不同部件的并行系统是可靠性数学研究的最典型模型之一。有许多作者曾采用不同的方法研究过这个系统。例如,Nakagawa和Osaki用Markov更新过程的理论研究了两部件寿命分布均为负指数分布的特殊情形。程侃和曹晋华用Markov更新过程和交替更新过程的理论研究了其中一个部件的寿命分布和修理时间分布为负指数分布的特殊情形。Linton用补充变量方法研究了其中一个部件的寿命分布和修理时间分布     

一类四阶方程两参数的奇摄动问题

研究了一类四阶方程两参数的奇摄动问题.利用奇摄动方法,对该同题的解的结构在两个小参数相互关联的三种不同情形下作了全面的彻底的讨论.得到了该问题在三种不同情形下的渐近解;证明了在三种情形下完全不同的解的结构与极限性态;给出了比较完善的结果.     

弹塑性运动裂纹的动力位错解

本文基于细观观点,用线排列动力位错模拟运动裂纹,通过叠加方法处理弹塑性运动裂纹问题,求出了各种情形下的动力张开位移,从而给出了运动裂纹的一个弹塑性失稳判据,并就Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型运动裂纹展开进行了讨论.     

功能梯度圆板的轴对称自由振动

基于三维弹性理论,用直接位移法求解了横观各向同性功能梯度圆板的轴对称自由振动,其材料特性沿板厚度方向按指数形式变化,在弹性简支和刚性滑动两种边界条件下得到了三维精确解,即它逐点满足基本方程和边界条件,最后给出了数值算例并与以前的工作进行了对比.该方法也可推广应用于材料特性沿板厚度任意变化情形.     

不可压饱和多孔弹性杆动力响应的多辛方法

研究了不可压饱和多孔弹性杆的一维动力响应问题.基于多孔介质理论,在流相和固相微观不可压、固相骨架小变形的假定下,建立了不可压流体饱和多孔弹性杆一维轴向动力响应的数学模型.利用Hamilton空间体系的多辛理论,构造了不可压饱和多孔弹性杆轴向振动方程的多辛形式及其多种局部守恒律.采用中点Box离散方法得到轴向振动方程的多辛离散格式和局部能量守恒律以及局部动量守恒律的离散格式;数值模拟了不可压饱和多孔弹性杆的轴向振动过程,记录了每一时间步的局部能量数值误差和局部动量数值误差.结果表明,已构造的多辛离散格式具有很高的精确性和较长时间的数值稳定性,这为解决饱和多孔介质的动力响应问题提供了新的途径.     

非线性自由表面波问题的差分解法

本文提出计算二维非定常位势流动的有限差分法,流动是因自由表面任意瞬间扰动所产生的.自由表面上同时满足动力和运动的非线性条件.本方法的基本特征是利用坐标变换将时间相关的物理计算域变换为固定域;建立迭代格式解Poisson方程以求速度势;通过快速富氏变换化为三对角型代数方程组计算未知量,因而大量节省计算机时.为解非定常自由表面波浪问题提供了一个有效的方法.引用了两个例题验证方法的可行性.     

一类含五次非线性恢复力的Duffing系统共振与分岔特性分析

考虑一类含有外激力和五次非线性恢复力的Duffing系统,运用多尺度法求解得到该系统的幅频响应方程,给出不同参数变化下的幅频特性曲线及变化规律,同时利用奇异性理论得到该系统在3种情形下的转迁集及对应的拓扑结构.其次确定系统的不动点,运用Hamilton函数给出该系统的异宿轨,在此基础上,利用Melnikov方法得到该系统在Smale马蹄意义下发生混沌的阈值.而后通过数值仿真给出了系统随外激力、五次非线性项系数变化下的动态分岔与混沌行为,发现存在周期运动、倍周期运动、拟周期运动及混沌等非线性现象.最后运用Lyapunov指数、相轨图和Poincaré截面等非线性方法对理论的正确性进行验证.上述研究结论为进一步提升对Duffing系统非线性特性及其演化规律的认识提供了一定的理论参考.     

一类带奇异项的双调和方程的多解性

利用纤维方法及亏格理论对一类带奇异项的双调和方程进行了研究,证明了方程在两种不同情形下解的存在性及多解性.     

受扰不确定混沌系统的双路组合函数投影同步

研究了具有未知参数和外界扰动的多个混沌系统之间的双路组合函数投影同步问题.首先给出了由四个混沌驱动系统和两个混沌响应系统组成的双路组合函数投影同步系统的定义,然后以Lyapunov稳定性理论和不等式变换方法为分析依据,设计了鲁棒自适应控制器和参数自适应律,使得两路同步系统中的响应系统和驱动系统按照相应的函数比例因子矩阵实现同步,并有效克服未知有界干扰和未知参数的影响.相应的理论分析和数值仿真证明了该同步方案的可行性和有效性.