高速水翼双体船波浪中运动建模与仿真

为了开发高速船航海模拟器的需要，对高速水翼双体船垂荡和纵摇运动的数学模型进行研究．该数学模型反映了波浪对高速水翼双体船运动的影响．为验证建模的正确性，并使该模型应用于模拟器，以一艘水翼双体船HC200B-A1为例，利用Matlab的Simulink工具箱，在6组实验波浪参数的条件下，进行了在迎浪海况下垂荡和纵摇的仿真研究．仿真结果与船模水池试验数据对比表明，笔者提出的高速水翼双体船在波浪中运动的数学模型是令人满意和可靠的．     

高速水翼船垂荡与纵摇运动模拟

从受力分析的角度,建立了垂荡和纵摇的数学模型.给出了模型中各个参数的计算方法,尤其是对水翼产生的升力进行了详细地分析.为了验证模型的有效性,基于一艘高速水翼双体船HC200B,使用Matlab的Simulink工具箱进行了仿真研究,给出了在12个航速点的上浮量和纵倾值,以及在设计航速的船体姿态.对比仿真数据和实验数据,包括高速域附近的数据,二者相符得很好,这表明了所提出的模型是合理的.     

船舶在规则波中纵摇与升沉运动的仿真

对船舶在波浪上纵摇与升沉运动的数学模型进行了介绍和分析，并根据船舶在波浪中运动的特点，对此数学模型的各个系数进行了适当的简化，然后，运用MATLAB语言以SR108集装箱船为例进行了仿真研究，所介绍的数学模型为开发六个自由度的船舶操纵操纵模拟器奠定了技术基础。     

静水中高速艇纵向运动数值模拟

为准确估算高速艇在静水中航行的水动力性能,以某高速艇为研究对象,基于CFD（Computational Fluid Dynamics）技术,应用切割体网格和重叠网格、两相流、VOF模型、6-DOF模型等物理模型和k－ε湍流模型,对静水中高速艇升沉、纵摇耦合运动进行数值模拟,分析了高速艇阻力随航速变化及运动过程中纵倾角度和重心位置的变化情况,并将计算结果与船模实验值进行了比较,以证明高速艇纵向运动水动力性能数值模拟方法的可行性和准确性.     

高速无人艇的运动建模及其视景仿真

为探讨基于喷水推进方式的无人艇运动建模及其视景仿真方法,根据船舶操纵性和快艇动力学的基本理论,建立无人艇的动力学模型,并根据喷水推进器的倒车原理,提出分流系数法来分析喷嘴和倒车斗的受力,推导出相应的表达式,建立无人艇的六自由度操纵性数学模型.设计基于该模型的无人艇视景仿真的体系结构,并进行各种操纵性运动的仿真试验.结果表明,该运动模型能够较好地反映无人艇在海洋环境中的操纵性.     

实验室用连铸机系统的三维建模和运动仿真

目前,对于实验室用连铸机系统的研究还不多。采用SolidWorks软件及其应用插件COSMOSmotion分别对实验室用连铸机系统的结晶器、二冷区以及传动机构进行了三维建模和运动仿真,得到了结晶器和二冷区装配体的三维模型图及其爆炸图,以及齿轮传动机构装配体及其在运动时的力、角位移和力矩分别随时间的变化曲线,凸轮传动机构装配体及其在运动时的质心加速度、力及平动动量分别随时间的变化曲线,采用SolidWorks中的一个设计分析插件Simulation对滑轴零件进行了有限元分析,得到了滑轴零件的应力图和位移图。研究为实验室用连铸机系统的设计和使用提供了重要的参考依据。     

基于SolidWorks和GearTrax的蜗轮蜗杆三维建模及运动仿真

运用SolidWorks和GearTrax软件构建蜗轮蜗杆机构简化模型,按照机构的结构几何尺寸,进行虚拟装配。直接在运动仿真模块Cosmosmotion中通过设定原动件运动参数进行运动仿真,并检查零件之间的干涉、分析运动状态。结果表明,利用SotidWorks和GearTrax软件可以对蜗杆机构实现三维实体快速建模,其运动特性与理论分析结果一致,验证了机构设计的合理性。     

基于SolidWorks的大型产品的几何建模和运动仿真

基于SolidWorks参数化设计对侧卸式装岩机的零件进行建模,通过一定的约束条件和装配关系对零部件进行装配,由此完成其工作机构的几何建模,并通过此建模对其工作机构进行运动仿真、重心分析以及配重的设计。以此为例,介绍应用SolidWorks进行大型产品设计的方法。     

一种反馈式组合机构的运动分析及其仿真

首先分析了螺旋凸轮反馈式组合机构的工作原理，并推导得出该组合机构的位移函数、速度函数及加速度函数，探讨了求解这些函数的数值方法，分析指出，该反馈式组合机构的输出特性与螺旋机构的旋向、导程及凸轮廓线的形状等因素有关。同时，基于前述数学模型，开发了该机构运动学仿真应用程序，最后。通过算例对前述方法予以验证。     

水下滑翔机运动特性建模与仿真

为了模拟滑翔机在改变浮力大小、质心位置后产生滑翔运动的能力以及回转特性,针对水下滑翔机的运动控制特点,基于柯西霍夫方程,建立了水下滑翔机六自由度空间运动非线性仿真分析模型.对HUST-2号水下滑翔机在垂直平面内的滑翔运动以及回转运动的仿真结果和试验结果进行了比较,两者符合得较好,验证了数学模型的准确性,为利用该模型设计新型滑翔机提供了有效的工具.     

工程车辆传动系统建模与仿真

建立了工程车辆传动系统的数学模型。在Matlab／Simulink环境下对系统进行模拟测试。结果表明,该模型可以正确评价工程车辆系统的传动效率,为传动系统的自动控制提供了技术支持。     

船舶纵向运动控制模型的建立及仿真

针对船舶在海上运动的情况,提出了一种水动力模型的建立方法.依据切片理论建立了不同浪向下船舶纵向运动的水动力模型.基于船模水池实验,在分析442 t水面舰艇典型海况下水动力系数的基础上,通过仿真研究,推导出一种实时在线的船舶纵向运动控制模型;给出了计算实例并进行了误差均值和误差方差的可信度检验,置信度95%.该模型可实时在线地计算出船舶在任何航向、航速及海情下与频率无关的船舶纵向运动水动力系数,从而得到实时在线船舶纵向运动控制模型.所建立的水动力模型拟合均方差的相对值在0.4%～13.9%,平均拟合均方差的相对值为6.6%.通过MATLAB仿真计算证明:该模型完全能控、完全能观和渐进稳定.     

机器海豚尾鳍运动模型的建立及仿真

以海豚背腹式摆动推进方程为基础,应用坐标变换的方法,建立了描述海豚尾鳍俯仰--沉浮运动的数学模型,同时建立了描述豚尾各运动参数之间关系的方程,随后运用Matlab的仿真功能再现了海豚在游动过程中尾鳍的运动规律.该模型可用于定性描述运动参数对海豚推进性能的影响,为进一步研究豚尾动力学提供了理论基础,同时也为机器海豚尾鳍的控制设计提供了理论依据.     

绕水翼超空化流场的数值模拟

基于Reynolds平均法,采用RNG k-ε模型及Mixture两相流模型,对绕水翼ys930的超空化流动进行了数值模拟,得到了绕水翼各个超空化阶段的超空化形态及各阶段的临界空化数与水翼攻角、来流雷诺数之间的关系,确定了临界空化数与来流雷诺数在不同攻角条件下的0.4次方经验关系式,给出了系数的取值区间.结果表明:超空化的发展经历了超空穴形成、汽液两相共存和完全发展3个阶段;各阶段的临界空化数随水翼攻角的增大而增大,基本呈线性关系;由于回射流的作用,在水翼前缘处形成一个逆时针旋涡,使逐渐长大的空泡脱离水翼吸力面并向下游脱落;在不同空化数下,空泡脱落的位置不同,导致空泡长度的变化.     

超声空化气泡运动方程的求解及过程模拟

考虑液相的动力粘度、表面张力和溶剂的蒸气压对空化泡运动特性的影响,建立了超声作用于均相液体中空化泡运动的动力学模型,并用MATLAB工具对建立的普遍化的模型方程进行了数值求解和过程模拟.探讨了超声在水介质中传播时超声的频率、功率和空化泡的初始平衡半径对空化泡运动规律的影响以及声压幅值和液相主体温度对空化泡崩溃时的泡内温度和压力的影响,为超声的空化效应在化工过程中的研究和应用提供了基础理论依据.     

局部气垫双体船在规则波中的运动研究

结合模型试验和数值计算两种方法研究了局部气垫双体船在迎浪规则波中的运动.首先,通过模型试验对气垫压力进行监测,记录了其随波浪的变化情况,并与其他参数进行对比,得到了不同运动随波浪的变化规律;然后,采用数值计算方法对其在波浪中的运动响应进行预报,记录了气垫舱室内的速度矢量和自由液面变化,并将计算结果和试验现象进行对比分析.结果表明:气垫压力随波浪的周期性变化规律与升沉、纵摇运动相反,与加速度相同;数值计算能够对各个运动的周期性振荡进行合理的预报,且各运动参数的幅值响应在高频区具有相当的精度,但数值计算对纵摇响应的预报误差较大,须要改善气囊形式提高精度.     

基于滤波器湍流模型的水翼空化数值模拟

采用界面捕获法,在均相流模型假设下,引入滤波函数修正了RNG k-ε湍流模型,基于正压流体假设的状态方程空化模型.采用SMPLEC算法,数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟了二维NACA66(Mod)翼型的定常、非定常空化流动.计算得到的翼型表面压力分布与试验结果基本一致,较好地模拟了非定常空化云的初生、发展、断裂和脱落的周期性过程,非定常流动的斯特劳哈数与试验结果相吻合.给出了2个时刻的翼型表面速度矢量场,分析了空泡内部流动结构,结果发现翼型空泡尾部的反向射流是引起翼型表面局部压力升高,进而导致空泡发生断裂及空化云脱落的重要原因.     

水翼瞬态启动非定常流动数值模拟

为了解翼型以不同加速度启动时的流动特性,采用基于动网格方法的有限体积法对翼型瞬态启动引起的二维不可压缩非定常流动进行了数值计算,并结合网格局部重构的方法保证翼型运动时周围的网格质量.计算了启动加速度分别为50 mm/s2和100 mm/s2时,绕翼型非定常流动的结构及其演化过程,并分析了加速度大小对流动结构的影响.结果表明,翼型在加速运动和匀速运动过程中均形成了复杂的旋涡结构;大加速度下非定常流场中的旋涡运动、扩散和耗散速度明显比小加速度下的要慢,并且大加速度下旋涡结构更紧凑,运动更为强烈.