水下拖曳系统运动预报

拖缆系统应用是海洋探测中的一种非常有效的手段。随着探测仪器的不断发展，对于拖曳系统的运动性能要求越来越高。将拖曳系统分成拖缆和水下拖体2个部分，分别建立运动数学模型。拖缆部分的模型以Ablow和Schechter运动数学模型为基础，拖体部分的模型采用类似潜器的水下六自由度运动方程。经过数值仿真的检验证明了模型的可靠性。     

导流缆拖曳系统运动敏感性分析与探讨

为探讨导流缆拖曳系统各模型参数对其稳态运动性能的影响,采用数值仿真方法对拖曳系统的运动敏感性进行了具体的分析研究.在给出具体的拖曳系统运动数学模型的基础上,以拖曳深度、张力、侧漂3个稳态运动响应参数作为评估指标,借助模型参数敏感性指数,仿真计算了缆阻力系数、单位长度质量、重心浮心水动力中心位置及拖体重量等模型参数变化对导流缆拖曳系统运动的影响.结果表明,缆阻力系数、单位长度质量及拖体重量对系统运动有显著影响,而缆重心浮心水动力中心的侧向偏移则和系统的漂移现象密切相关.     

喷水推进型水下滑翔机的水平翼参数配置及定常运动分析

以喷水推进型水下滑翔机为研究对象,对比理论计算、数值仿真和拖曳试验结果,验证数值仿真方法计算水动力的准确性.考虑水平翼对水下滑翔机滑翔效率和静稳特性的影响,通过设计正交仿真试验和利用惠克公式确定水平翼的参数配置.基于刚体六自由度动力学模型,建立喷水推进型水下滑翔机的动力学模型,对定常滑翔运动和水平面回转运动进行运动仿真.结果表明,滑翔运动时,随质心调节位移的增加,攻角减小、滑翔角和滑翔速度增大;水平面回转运动时,随舵角增大,回转半径和回转周期减小,并且航速越快,尾舵调节效果越好.研究结果对喷水推进型水下滑翔机的设计与应用具有指导意义.     

分叉分析在水下高速运动体稳定控制中的应用

为保证水下高速运动体在水中能稳定地高速运动,使用分叉法分析运动体的运动稳定性和稳定运动的区域.对运动体受力和超空泡特性进行分析,利用Matlab/R2007a sirnulink仿真平台,建立了水下高速运动体纵向运动动力学模型的模块化仿真模型.采用分又分析法确定系统分叉点、模型稳定运动的区域和运动稳定性,并使用数值仿真验证.仿真结果证明,建立的水下高速运动体的纵向运动仿真模型符合运动体的实际运动规律,在分叉点处模型的运动特性产生突变,在指定区域内模型能够稳定运动.     

潜艇机动时拖曳线列阵阵位预报与参数分析

为了研究采用波束形成技术监测本艇辐射噪声技术中拖曳线列阵阵位预报问题,定义了拖曳线列阵阵位与潜艇之间的相互几何关系,采用舰艇拖曳系统耦合动力学模型,仿真预报了潜艇U形机动和操舵定常回转运动时的拖曳线列阵阵位,得到了潜艇航速、操舵角度、拖缆长度变化与阵位的相互关系,依据预报结果确定了用波束形成技术监测本艇辐射噪声所应采取的操艇模式及拖曳线列阵布放参数.研究表明,采用定常回转机动可以获得满足本艇辐射噪声监测要求的稳定的拖曳线列阵阵位,拖缆长度和回转舵角对拖曳线列阵阵位影响较大,回转速度对拖曳线列阵阵位影响较小.     

水下拖曳系统定深和展开性能湖上试验研究

为研究水下拖曳系统定深和展开性能,捕捉各影响因素作用效果,本文通过拖曳系统湖上试验,分析了翼板攻角、航速、缆长对拖曳定深、展宽及干端拉力的影响规律,拟合了多元非线性回归函数,针对影响规律及函数拟合结果分别制定了水下拖曳系统定深、展开策略.试验结果表明:拖体及拖缆所受流体力的变化是引起定深和展宽改变的主要原因,降低航速、增加水平翼板下攻角、放缆能够增加拖体定深,增加垂直翼板攻角和放缆能够增加拖体展宽.对短缆拖曳系统而言,拖体定深或展宽需要进行调整时,可按增减翼板攻角-收放缆-改变航速的顺序进行.     

水下高速运动体运动稳定性的分叉分析

为保证水下高速运动体能在高速时稳定运动,使用分叉法确定其稳定运动的范围和条件.通过对运动体受力和超空泡特性进行分析,建立了水下高速运动体的纵向运动模型,采用分叉法求系统分叉点来确定模型稳定运动的范围,使用数值仿真对水下高速运动体的运动进行分析,提出了对分叉点位置进行控制的方法.仿真结果表明,建立的水下高速运动体的纵向运动模型符合运动体的实际运动规律,在分叉点处模型的运动特性产生突变,系统分叉点位置可以进行有效控制.证明了分叉分析法能够准确判定保证水下高速运动体稳定运动的空化数范围,并且其范围可控.     

飞翼式碟形水下滑翔机流动与运动特性分析

为提高碟形水下滑翔机的水动力性能和滑翔经济性,提出一种新型飞翼式碟形自主水下滑翔机,采用计算流体力学中SST(shear stress transmission)湍流模型对其流体动力特性进行分析,得到其在0°~21°小攻角范围内升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数以及升阻比的变化规律.并与模型实验结果进行对比,得出数值模拟结果与实验结果具有良好的一致性,验证了数值计算方法的有效性,且与传统水下滑翔机相比,飞翼式碟形自主水下滑翔机具有更优的综合水动力性能和滑翔经济性能.对于其运动特性,则基于多体动力学理论建立了该型水下滑翔机的动力学与运动学模型,并考虑了其内部纵向、横向调位滑块移动速度以及浮力驱动系统压载质量变化速度等调节变化的影响,代入数值仿真所得水动力系数,对该型水下滑翔机锯齿滑翔和螺旋滑翔等两种典型水下滑翔运动进行运动仿真.结果表明,该型水下滑翔机具有一定的运动稳定性,从理论上验证了其水下滑翔的可能.     

干摩擦下含间隙碰撞振动系统的动力学行为分析

建立干摩擦下含间隙的双自由度碰撞振动系统的动力学模型,分析系统中存在的滑动、黏滑、擦切及碰撞等运动,分别给出其运动方程和衔接条件,并采用数值迭代方法求解和分析系统的复杂动力学行为,同时分析了干摩擦和激励振幅对系统动力学行为的影响。     

驻留型UUV锚泊系统运动建模与分析

针对驻留型水下航行器(UUV)锚泊系统对水流作用的运动响应问题,依据欧拉-伯努利梁理论,建立了包括弯矩作用在内的锚链三维运动模型,并使用四元数代替欧拉角来描述锚链姿态,以消除某些特殊情况下因锚链姿态大幅度变动或个别欧拉角不确定性导致的运动方程奇异现象,然后通过适当的边界条件,将UUV、锚链和锚块的运动控制方程耦合起来,采用有限差分方法对系统耦合运动模型进行数值离散处理通过牛顿-拉夫逊方法迭代求解整个锚泊系统的运动响应。使用Hopland拖曳试验数据对模型进行实例对比验证。结果表明:这种建模方法可以取得良好的准确性与计算效率,在此基础上模拟仿真得到了周期变动水流作用下的UUV位置及姿态的响应情况为锚泊系统的正常工作提供理论依据。     

劲性支撑穹顶结构找形分析

针对索垂度在施工成形过程中不可忽略的问题,采用悬链线单元模拟索,依据胡克定律、小应变假设和变形协调方程等条件,推导了索原长的计算公式,给出了一种已知任意一个正值求解索原长度的二分法。在正交索网结构中,采用该二分法求得的索原长与已知条件给出的索原长进行对比,其误差均不超过0.16%,且不同初始值计算得到的索原长差别不大。针对劲性支撑穹顶结构的找形分析问题,给出了一种FEDR法,即有限元动力松弛法,以期提高动力松弛法的计算精度和可靠性。给出了找形分析的求解策略,并通过FORTRAN语言和ANSYS的APDL语言编制找形分析程序。对正交索网和跨度为71.2m设两道环杆的肋环型劲性支撑穹顶结构进行找形分析,ANSYS有限元分析与FORTRAN语言找形程序求得的杆件内力进行对比,其误差均不超过0.42%。     

一种等张力空间索网结构找形方法

为设计出质量小、结构稳定的空间索网天线结构,给出了一种等张力索网结构找形的坐标迭代算法.将索网上的各节点看做只能在理想反射面上移动的点,并规定各段绳索中的张力是恒定的.各节点在合力的作用下运动,当作用在各节点上的合力逐渐减为零时,索网结构到达一种平衡状态,根据这一平衡状态可求出各段绳索的无应力长度.使用该算法对环形桁架索网天线计算模型进行了找形计算,并使用有限元法对找形得到的平衡状态进行验证,证明了该算法的正确性和可行性.同时将找形结果与极小范数法、等力密度这两种找形算法的结果进行了比较分析.分析结果表明,使用等张力找形算法得到的索网结构绳索张力的均匀性最好.文中所提的等张力找形算法可用于空间索网结构的找形.     

地源热泵群孔长期换热有限长体热源模型

为进一步提高地源热泵群孔系统解析模型的精确性和简洁性,对地源热泵群孔系统长期运行后的温度场进行研究.根据已建立的单孔有限长圆柱体热源模型,在圆柱体半径不超过临界半径时,有限长圆柱体热源模型与有限长线热源模型的钻孔外温升偏差可忽略不计.基于此性质,将现有群孔叠加分析法中的线热源模型替换为圆柱体热源模型,建立群孔长期换热有限长体热源模型.与线热源叠加法和有限元法对比表明,该群孔长期换热体热源模型与线源叠加法具有相同的计算精度,但计算量明显减少.对不同钻孔布置形式下该群孔体源模型与线热源叠加法的偏差进行分析,结果表明随体积近似偏差的增大而两者的偏差略有增长.     

索穹顶结构初始状态确定与成形过程分析

在研究索穹顶结构的零应力状态、施工初始几何状态基础上,着重分析了索穹顶结构的施工成形过程几何形状和单元内力变化规律,揭示索穹顶结构的初应力产生机理以及施工过程中体系的变化特征.由于索穹顶结构成形过程涉及机构运动和单元内力分析、机构位移和弹性变形耦合,采用常规的有限元方法不能求解,而非线性有限元力法是一种有效的计算方法.结果表明,在索穹顶结构成形过程中,从开始很长时间内所有单元内力均处于较低水平,此时结构是一种机构状态,节点位移主要是刚体位移.当所有索进入工作状态时结构的体系从机构转变为具有一个自应力模态的、可刚化的稳定体系,各单元的内力迅速增大.说明了索穹顶结构的成形过程,也是预应力生成的过程.     

导热半解析有限差分法分析

本文提出了分析导热问题的半解析有限差分法,并以平面圆环城导热为例建立了二维半解析有限差分法的数值模型,最后对汽包稳定和非稳定温度场进行了计算,所得结果与有限差分法结果比较非常一致。     

一种环柱天线的索网结构设计与分析方法

为了解决环柱天线复杂索网结构的网面和预应力设计难题,根据环柱天线结构组成确定了环柱天线索网的几何构型。考虑到索网结构中索段数目即变量个数和种类较多,将索网结构分为前、后索网两部分分别进行预应力设计。根据前索网对称特性进行变量归并,采用力密度法计算前索网预应力分布,完成部分索网节点坐标修正。根据前索网预应力由节点力平衡方程获得其余索网预应力。利用有限元软件对设计结果进行验证,仿真结果显示,采用所述方法设计的网面具有较高的精度,索网结构设计方法是有效的。     

索-拱体系横向屈曲临界荷载的实用计算

在圆弧拱横向失稳临界荷载研究的基础上,考虑拉索作用,采用能量原理法提出了索-拱体系横向失稳临界荷载的实用计算式,并用有限元法验证了其正确性,最后探讨了拉索对索-拱体系横向稳定性的影响。结果表明:拉索施加预应力、拉索越短及拉索面积越大均有利于索拱体系的横向稳定性。     

三塔悬索桥刚性中塔的鞍缆防滑技术

为了解三塔悬索桥刚性中塔不同结构的鞍缆防滑效能,提出5个方案,即在跨中设置中央扣、改变矢跨比、在塔根和主缆间设置扣索、在塔顶处设置钢结构构件、在索鞍两侧主缆上添加辅助拉索.有限元法和解析法的结果显示,中央扣和扣索方案的效果甚微,其余3个方案则十分有效.据此给出相应设计建议.     

环形桁架可展天线抛物面索网的预拉力优化

针对环形桁架可展天线抛物面索网预拉力配置问题,提出了一种寻找预拉力最优配置的方法,该方法基于抛物面索网结构的平衡矩阵奇异值分解,采用含线性不等式约束及线性等式约束的线性规划方法,寻找抛物面索网最优预拉力配置,并对抛物面索网结构平衡矩阵的形成、奇异值分解、线性约束优化方法的数学模型、约束矩阵的     

新型桥塔自立状态动力特性分析

某独塔斜拉桥桥塔装有横撑和风缆,是一种新型桥塔,基于ANSYS软件对其自立状态下的整体动力特性和风缆动力特性进行了计算,并分析了它们的影响因素。结果表明,横撑和风缆增大了桥塔横桥向弯曲频率和扭转频率,而略微减小了顺桥向弯曲频率;风缆是否分段建模对桥塔低阶振型和频率没有影响,而对高阶振型和频率有影响;桥塔频率对风缆初张力不敏感;风缆频率对风缆初张力比较敏感,而且随着初张力的增大而逐渐增大,但频率增幅逐渐减小。