虚拟水池试验系统中船体曲面和网格自动生成技术

为推动CFD技术在船舶水动力学领域的更高层面的广泛应用,中国船舶科学研究中心开发了舰船综合水动力虚拟水池试验技术系统。该系统为了减轻传统CFD分析中的重复性工作,实现了船体复杂三维曲面和全域结构化网格的自动生成。本文对系统中三维曲面和网格自动生成技术进行详细讨论。     

一种典线网格的几何生成法

作为船舶粘性水动力学数值计算的关键问题之一，计算区域的网格生成技术的研究，一直受到国外学得的关注。本对曲线网格的几何生成法进行了初步研究。并采用此方法，成功地对二维机的Ｃ型网格进行了生成，为进一步研究三维问题打下基础。     

TK-2DC软件前处理模块-贴体正交网格生成软件开发

贴体正交网格计算方法是通过坐标变换或坐标投影,把不规则物理区域进行离散以生成规则矩形计算区域的方法,所生成网格的疏密性和正交性对于保证数值计算精度至关重要。目前最常用的3种贴体正交网格计算方法是代数网格生成法、椭圆型方程网格生成法以及保角变换网格生成法。为了保证网格的正交性,简化网格计算量,所采用的贴体正交网格计算方法是上述3种方法的组合体,并且以该法为内核,开发了简单易学的贴体正交网格可视化计算软件,该软件可以与CAD进行无缝连接,大大缩短了数值模拟前期研究工作的时间。     

船舶有限元网格自动生成技术研究

在进行船舶有限元分析时,先在CAD软件中进行船舶模型设计,然后再将该模型导入到CAE软件中进行有限元分析求解是一种非常实用的方法.但这一方法需要将CAD模型转换为CAE有限元网格模型,它包括网格的自动划分、网格修补和网格细化.本文根据船舶有限元分析的特点,介绍了网格自动划分的主要算法,提出了一种改进的铺设算法以实现船舶有限元网格的自动生成.并分别讨论了网格修补和网格细化自动实现的思路.     

对解泊松方程数值生成网格方法的一点改进

本文提出了一种生成网格的改进方法，此法的本质是交替地改善网格的正交性和汇聚性。此法的构思质朴，效果明显，尤其是对物面附近要求顾到网格的正交性和汇聚性两者时，此法提供了一种有效的控制手段。此法在计算船舶流体动力学中有较高的实用价值。     

面向交界面网格的超网格算法研发及CFD应用

交界面网格是一种广泛应用于船舶CFD模拟的技术，其中网格间的插值算法是决定不同计算域之间流场信息传递精度的关键因素。论文面向船舶自航等复杂CFD模拟的应用需求，以开发交界面网格的高精度、守恒型插值算法为目的，开展超网格算法研究。介绍了超网格的概念和超网格算法的实现流程，包括贡献单元搜索与筛选、超网格生成、几种典型空间曲面交界面及其组合的处理及通量输运与重构方法。着重解决曲面交界面网格不共形的问题，以及圆柱形、圆锥形、圆台形及其组合体的超网格生成算法，并用典型分布函数测试和验证算法的精度和守恒性。对一艘散货船JBC船模开展了带与不带节能导管的自航CFD模拟和节能效果评估，与非守恒性插值算法模拟以及模型试验结果的对比表明，论文研究开发的超网格算法能有效提高自航模拟和节能效果评估的精度。     

基于CATIA V6的船舶结构有限元网格方法

CATIA作为一款通用的工业设计软件,在许多制造行业得到了广泛的应用。随着V6版本较之V5版本进一步的提升了结构模型转换FEM平面单元的能力,CATIA目前已能够实现船体结构模型直接生成有限元网格。通过深入应用CATIA V6,依靠软件强大的三维建模功能,能够极大的减少船体结构划分有限元网格工作的工时。同时利用关联设计复用以往模型,进一步提高FEM模型的生成效率。甚至能够为实现船舶结构设计CAD/CAE一体化的目标提供了具有可行性的研究路径。因而本文通过分析CATIA软件生成有限元网格机制,结合船舶结构有限元分析对生成网格的要求特点,确定了具有实践性的结构建模与网格划分方法。最后通过实践案例予以验证,结合网格质量检查与优劣势分析,基于CATIA平台为船舶结构快速生成有限元网格提供了一种较为高效的方法。     

一种船体及周围自由面的网格自动生成方法

船体湿表面及船体周围的自由面网格自动生成技术是采用Rankine源方法进行水动力分析的基础.文中使用累加弧长三次参数样条函数生成船体湿表面网格,使用无限插值的方法生成自由面网格,运用拉伸变换确定自由面网格外边界上的结点分布以控制自由面面元的疏密.使用该方法生成的网格进行了水动力分析,计算结果表明该方法准确灵活,可以满足使用Rankine源方法对船舶进行水动力分析的需要.     

舰船EMC可视化的前置处理研究

建立三维物体的电磁模型是电磁计算及其可视化的重要前提,文中采用有限元法对舰船的几何模型进行网格剖分,生成的电磁模型能比较好的满足电磁计算的要求。在进行网格剖分前,对几何模型进行规则、整合、简化,排除畸形单元,再借用现有的有限元软件ANSYS对模型进行有限元网格划分,生成满足电磁计算要求的三角形或者四边形网格。     

船体阻力计算中网格划分方法的探讨

由于网格划分中多种因素的影响,导致船体阻力等水动力性能的计算难以获得较精确的结果。文章针对粘性流体力学算法(FLUENT软件),探讨了影响船舶水动力学计算的若干网格因素,对网格生成中部分因素的影响进行了考察。通过一系列的计算、分析,提出改进计算的方案,确定了适用于工程实际计算的参数,据此对船体阻力进行了计算,与试验结果比较表明有较好的符合程度。     

基于B样条的船体网格划分及水动力计算

基于B样条理论的特点,提出一种高效的船体水动力网格划分方法,开发相应的程序。将此方法直接应用于某50万t矿砂船的三维线性频域水动力计算中,将计算结果与文献结果进行对比分析,其结果与相关文献结果非常吻合,认为用B样条方法进行船体水动力网格划分是可行。     

重叠网格在船舶CFD中的应用研究

文章采用RANS方法和重叠网格计算了带自由液面的船舶绕流问题。计算网格采用重叠网格的型式,自由液面的模拟采用单相Level-Set方法,Reynolds应力采用k-ω模型,采用体单元有限差分方法和PISO算法求解RANS方程。文中简要描述了重叠网格和单相Level Set自由液面模拟方法的数学模型及求解。通过对S60单体船型约束模和自由模型采用重叠网格的数值求解及与试验结果的比较表明该重叠可较好地模拟带自由液面船舶自由态绕流问题。另采用重叠网格对一简单的双体船和三体船进行了数值求解,计算结果也表明重叠网格和单相Level-Set方法可较好地模拟带自由液面的船舶绕流问题。     

基于重叠网格的船舶运动计算方法研究

文章应用重叠网格技术和单相Level-set捕捉自由面方法,结合数值造波技术和六自由度运动方程,形成了基于RANS方程的船舶运动响应数值计算方法,并在中国船舶科学研究中心自主研发的船舶专用粘流计算软件OShip上实现。应用该方法计算了DTMB5512船模在迎浪规则波中的运动响应,并通过对计算得到的船模运动时历曲线进行傅里叶变换,提取其运动的幅值和相位,得到了不同航速下船模垂荡和纵摇运动的频响曲线,所得结果与试验结果吻合较好。     

船体强度三维有限元分析的载荷直接计算和验证

采用载荷直接计算法对鞭船船体强度进行三维有限元分析，并用该船的实航测试数据和“船体梁理论”进行了验证和讨论。     

基于动态水域网格计算的船舶领域研究

为了满足现代船舶的发展需求,结合船舶自动识别系统(AIS)数据量巨大,包含了丰富的船舶信息等优点.本文利用SQL2012对AIS数据进行处理,建立包含船舶静态信息和动态信息的数据库;借助C#程序语言,构建以中心船舶为原点的网格坐标系,并以船舶间相对距离方位计算周围船舶在网格中的相对位置坐标;对同长度和类型的船舶进行网格叠加计算,并以船舶频数的方式进行统计,采用数据处理软件Matlab以最小二乘法的方式对统计结果进行处理;对研究水域的主要船型不同尺度的船舶领域进行对比和统计分析,并对不同船型船舶领域略作讨论,总结得出开阔水域船舶领域的特点.     

集装箱船振动及响应分析

介绍了模态频率响应有限元计算方法的基本理论,以多用途集装箱船为目标船,通过建立全船三维有限元模型,用频率响应法得到船体结构的振动响应.文中还讨论了激励与响应关系、水动质量、阻尼、频率响应计算有效频率数选取等问题,以精确预报船体结构振动及响应.本文采用的分析计算方法对目标船结构振动及响应预报值,与实船试验数据具有很好的一致性.     

舰船系统三维破损失效概率计算方法

本文对舰船装备系统遭受武器攻击后破损失效概率的计算方法进行了探讨．建立了三维破损失效概率的计算方法．利用该算法编制了电算程序．并对某舰装备系统进行了计算，获得满意的结果．该算法适应性强，简便实用，精度也高．     

双体船阻力计算网格的探讨(英文)

In order to get some useful parameters for grid generation of catamaran, the CFD software FLUENT is used to investigate the main effects of grid generation on flow field calculation. The influences of some elements are investigated with a series of calculations in the present paper, and some alteratives are proposed. The proposed alteratives based on the analysis of the effects are used for a catamaran resistance calculation, comparisons of the calculated results with experimental data show good agreement. It shows that the research result of this paper is useful for the numerical calculation of catamaran.     

三种减少直流断路器的船舶中压直流电网拓扑结构及性能比较

为保护整流变换器及减少短路时电网中电容放电的影响,船舶中压直流电网中存在大量断路器,造成结构复杂成本高,为此本文提出三种结构的变换器,即基于级联H桥与多端DC/DC的结构(TMPDC),基于MMC整流与逆变的多级调压结构(MVR)和基于不控整流与模块化多电平变换器(MMC)驱动负载结合的结构(UR-MMC)。本文对三种结构的组成与特点进行了分析,并在电压谐波,功耗,体积,故障特性等方面进行了比较,最后通过仿真进一步阐述了不同结构在运行波形上的差异。通过各结构的特性分析,为中压直流电网在船舶上的应用提供了参考。     

绕船体自由面周围三维粘性流场的数值模拟

本文采用有限体积法通过求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程数值模拟了包括兴波的三维船体周围的粘性流场,湍流模式使用了子网格尺度模式(SGS)和Baldwin-Lomax模式相结合的混合模式.对于自由表面的处理,采用了任意拉格朗日-欧拉方法,网格为不仅与物体表面贴体,而且与自由表面贴体的动网格,即随着自由表面的变化要不断地重新划分网格.虽然此方法需要很长的计算时间,但能较好地描述船体的兴波情况.本文计算了系列60船模在Fn=0.316,Re=1.9×106时带自由面的粘性流场,计算结果与试验结果吻合较好.，An finite - volume method solving of incompressible RANS Equations is developed for the numeri-cal simulation of three - dimensional viscous flow with free - surface about a ship. A hybrid turbulence mod-el by combining the sub - grid scale (SGS) model and the Baldwin- Lomax model is used in this pa-per. The arbitrary - Lagrange - Euler formulation is devised for the treatment of free surface boundary condi-tion. The boundary - fitted coordinate system is fitted not only to the ship hull surface but also to the freesurface, so the computational grid is regenerated to follow the free surface deformation. Although this methodneeds spend much longer computational time, but it can fairly display wave pattern made by a ship. The nu-merical simulation has been carried out for viscous flow with free surface past Series 60 ship hull at Fn =0. 316, Re = 1.9 × 106. The computed results are in reasonable agreement with experimental measure-ments.