减压条件下深水圆柱附近气泡的运动特性

为深入探究气泡与附近潜艇的相互作用规律,采用电火花气泡发生装置与高速摄像分析系统,在减压环境中对近似潜艇的深水圆柱周围不同位置的气泡进行研究。并以气泡通过圆柱结构中心的铅垂线为界的分类情况讨论深水圆柱周围气泡的动态变化。试验结果表明:圆柱结构附近的气泡的运动主要取决于气泡与圆柱结构间相对的攻角以及气泡质心到就近圆柱壁面的无量纲距离这两种因素的影响。在此基础上同时考虑减压环境中浮力的因素分析了浮力参数及攻角和爆距半径比对气泡第一周期运动时间和位移的影响,并总结圆柱下侧气泡不同爆距半径比下射流宽度的作用范围变化规律。研究结论为圆柱状的潜艇结构在水下受到攻击时的毁伤状态提供了参考。     

圆柱壳附近水下爆炸气泡动态特性研究

基于不可压缩势流理论,运用边界元方法,建立圆柱壳附近水下爆炸气泡三维数值模型。然后采用该模型模拟深水中圆柱壳附近近场水下爆炸气泡运动,并对气泡动态特性以及攻角大小对其影响规律进行了研究。计算结果表明,膨胀阶段气泡受浮力作用以及壁面的排斥作用影响较小;收缩阶段气泡受浮力作用以及气泡受壁面的吸引作用影响较大,随攻角的减小,气泡射流作用和气泡脉动压力均逐渐增强,即爆点位于圆柱壳结构正下方时所造成的结构损伤最为严重。研究结论有益于潜艇结构抗爆防护设计,也为水下爆炸气泡载荷作用下潜艇结构毁伤机理研究提供了参考依据。     

横流中水下气泡运动特性模型对比研究

为更好地研究水下气泡的运动规律,开展横流作用下水下气泡的运动特性模型研究。首先以动量定理为基础,推导横流中水下高速气体的射流轨迹模型;其次依据牛顿定理,对水下气泡进行受力分析,建立横流中单气泡的运动数学模型;最后采用龙格-库塔法对2个模型进行求解与分析。结果表明,2个计算模型在各自的气泡速度范围内,能够模拟对应的气泡运动轨迹,而随着横流速度的不断增加,计算结果误差越来越大。研究结果为水下气泡在复杂流场中的运动特性研究提供参考。     

水中微气泡运动特性的理论研究与仿真

从受力分析的角度,对气泡运动方程进行了推导,并对半径在40～350μm之间的微小气泡进行了仿真计算。结果表明,当考虑气泡上浮的加速过程时,气泡上浮速度明显小于未考虑加速过程时的值,其变化范围为5～10%。因此,对于短距离气泡上浮过程,必须考虑气泡上浮过程中由加速度引起的虚拟质量力和Basset力对上浮速度的影响。在此基础上对气泡运动方程进行了详细分析,结果表明,阻力系数与粘滞系数是影响气泡上浮速度的主要因素,它们的取值与上浮速度成反比,并得出了通用的阻力系数表达式。     

水面舰船附近气泡运动数值模拟

当气泡在自由面和水面舰船附近运动时,两者的存在均会对气泡脉动产生影响。基于不可压缩势流理论,采用边界元方法对边界积分方程进行求解。针对建立自由面需要大量的网格,且处理自由面与水面结构交界面时数值不稳定,采用考虑自由面效应的格林函数取代基本格林函数,通过与自由面附近气泡轴对称模型的计算结果进行对比,验证了该方法的有效性。通过对舰船结构附近的气泡运动射流特性进行模拟,发现当药包在舷侧和自由面附近爆炸时,气泡射流可能不会完全作用在舰船上,自由面效应的存在削弱了气泡的打击能力。     

基于边界元方法的气泡脉动诱导壁压特性

针对圆柱壳结构在水下爆炸气泡脉动载荷作用下的诱导壁压特性,采用Geers-Hunter模型得到气泡脉动运动,在势流假设下采用边界元方法建立了水下爆炸气泡脉动载荷壁压计算方法,通过对不同水下爆炸工况进行计算分析发现:圆柱壳表面的气泡诱导壁压有明显的绕射现象,在爆距较小时迎爆面气泡脉动诱导压力峰值要远大于背爆面压力;在圆柱壳轴向上随距中心点距离的增大绕射特性逐渐减小,壁压向自由场压力逼近。所得到的方法和规律可为潜艇抗冲击设计和评估人员提供参考。     

圆柱壳在水下爆炸气泡作用下的动态塑性响应研究

圆柱壳是潜艇的主要结构单元,其在水下爆炸作用下产生的动态塑性响应是潜艇破坏的主要因素之一,因此研究其水下爆炸动态塑性响应有助于深入了解圆柱壳结构的失效规律和机理.对于提高潜艇的生命力和战斗力以及改良水中兵器战斗部装药设计有着重要的意义.文章首先根据Geers-Hunter的水下爆炸气泡集成的双重渐近模型进行数值求解,得到的结果很好地模拟了水下爆炸载荷从冲击波到第一次气泡脉动的整个过程.然后利用ABAQUS软件,将圆柱壳简化成一根梁,并从圆柱壳在水下爆炸气泡作用下产生的塑性铰的个数这一角度,当气泡第一次脉动频率与圆柱壳梁模型的第一、二阶固有频率接近时,对圆柱壳在水下爆炸气泡作用下的动态塑性响应进行了探索性的研究.     

气泡尾流光学特性研究的发展评述

概述了气泡尾流研究的理论意义及其重要的实际意义，简述了用光学方法研究气泡尾流的基本原理和方法，介绍了气泡尾流光学特性研究的几个主要问题，综述了目前国内外在这一领域的研究现状并对未来的研究方向进行了展望。     

气泡减阻实验研究

为研究气泡对航行体侧壁的减阻效果,设计一套试验装置。利用该装置,采用壁面通气法研究不同通气量、不同来流速度和不同通气角度对气泡减阻效果的影响。实验结果表明：在通气量和通气角度不变的条件下,减阻率随来流速度增加而增加;在来流速度和通气角度不变的条件下,随通气量增加,减阻率先增加然后变小;在来流速度和通气量不变的条件下,减阻率随通气角度的增大而减少;在一定的条件下,取得了20．34％的减阻率。     

基于变位方法的无底大圆筒结构稳定性研究

新型的无底大直径圆筒结构以其可直接嵌入地基而无需开挖的优势,在港口工程中得到广泛应用。但由于设计中采用经典的水工结构的稳定计算模型,导致一些实际工程出现了失稳破坏。基于沉入式大圆筒的工作机理,文中对传统稳定计算模型中结构倾覆转动点仅在基底的假设进行了改进,建立了吻合无底大圆筒结构并同时考虑水平位移、竖向位移、转角以及结构倾覆转动点随埋置深度变化的稳定性计算模型,基于临界破坏的模式,推导出了大圆筒的变位方程。该方程可以求得具体工况下竖向位移、水平位移、转角以及倾覆点高度。通过算例及工程实例验证了该模型的正确性及可行性。     

基于AUTODYN的气泡与固定壁面相互作用数值模拟

阐述了AUTODYN软件模拟水下爆炸气泡的原理及过程,通过球对称模型以及重力场中气泡的实验数据与AUTODYN计算结果的对比,验证其在计算气泡脉动时间和压力等方面的计算精度,并以此为基础研究近壁面水下爆炸气泡的动力学特征以及影响因素,包括无量纲距离对气泡形状的影响,固壁面对气泡最大半径、脉动周期和射流时间的影响,以及近固壁面气泡射流速度及压力的变化等,总结相关规律,为气泡的数值模拟研究提供参考。     

水下爆炸气泡射流作用下固支方板动态响应的数值仿真研究

为研究水下爆炸气泡溃灭发生射流时对结构的影响,借助有限元软件MSC.Dytran对固支方板在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行研究。对底部爆炸和侧面爆炸两种典型情况进行计算,对射流发生时流场情况以及固支方板的响应特点进行分析,认为射流载荷是局部载荷,会引起严重的局部破坏,在近场水下爆炸研究中必须予以重视。     

筒式基础结构分仓形式对抗倾承载力的影响

使用ABAQUS建立了4种不同分仓形式的筒式基础结构与土相互作用的非线性弹塑性有限元分析模型,得到了结构在水平荷载作用下的P-S曲线及极限状态的土压力。重点分析筒仓内壁土压力在不同区域的分布和变化趋势,根据结构的P-S曲线评估分仓形式的改变对结构抗倾能力的影响。结果表明,经过分仓优化的结构可更好地发挥其抗倾潜力,其结构承载力可提升15％～25％。     

水下爆炸二次脉动压力下舰船抗爆性能研究

将船体梁视为两端自由的Timoshenko梁,在借用二维切片法和水弹性方法的基础上,计算船体染在水下爆炸二次脉动压力下的响应特性。同时,还建立了在考虑水面效应和气泡运动时舰船受到二次脉动压力的计算模型。最后,分析了浮筏式减振装置在水下爆炸二次脉动压力下船用设备的减振抗冲性能。     

天津港地区采用大圆筒结构设计方案研究

多年来,大圆筒结构的应用一直受到港口工程界和学者的关注。本研究通过对同类结构的分析比较,在总结各种应用经验的基础上,就其结构设计计算中的某些问题进行研究与探索,以供讨论。同时,希望本研究能为大圆筒结构在大规模推广和应用到海上围堰、防波堤、码头等工程中提供参考。     

水中气泡幕对噪声的屏蔽效果研究

本文基于水中气泡幕对宽频带噪声有良好衰减和屏蔽作用的基本原理,阐述了水池船模气泡幕降噪实验所取得的一些研究成果,其中包括喷气管布置方式、喷孔直径、喷气量等不同时的降噪量对比、喷气环截面形状与阻力的关系等.研究表明,喷气管分散布置方式时噪声的屏蔽效果较好;梯形截面喷气环的阻力明显比半圆形截面小;在实验所取喷孔直径及喷气量范围内,开孔直径和船模速度的改变亦对其屏蔽效果有较大影响.     

高压旋喷桩在重力式沉箱码头设计中的应用研究

高压旋喷桩技术以专用设备将水泥浆喷入土层与土体充分混合,形成连续的水泥拌合体,从而达到加固土体、止水防渗的目的。该技术可应用于水运工程中的软基加固、止水帷幕及减小结构后方土压力等。本文以实际工程为例,论述高压旋喷桩在重力式沉箱码头设计中的理论可行性。     

船舶水压场畸变试验

舰船航行时在其下方附近产生水压场。这种水压场无法消除，也极难人工模拟。水压水雷就是根据航行舰船的水压场特性而引爆的。从舰船的安全防护角度考虑，可在船体底部加装某种附体，使舰船原有水压场发生改变，从而避免引爆水压水雷。对在船底加装翼板、回转体等附体所造成的舰船水压场畸变进行了试验研究和数值计算。在拖曳水池中进行了船模水压场测量，比较了加装附体前后舰船水压场的特性，据此分析了采用舰船水压场畸变方法防御水压水雷的可行性。比较了加装翼板和回转体的防水压水雷效果。分析了在实船下加装翼板防水压水雷的可能性。