基于点基局部光滑点插值法的结构动力分析 被引量：3

1

作者 张桂勇 鲁欢 +2 位作者 王海英 于大鹏 孙铁志 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第17期241-248,共8页

针对传统有限元法采用线性三角形单元刚度过硬、计算的固有频率值较大,四边形单元对复杂构件不能自动剖分,点基光滑点插值法刚度过软、会导致计算动力问题失败以及求解固有频率值过低的问题,提出了点基局部光滑点插值法(NPS-PIM)。该方... 针对传统有限元法采用线性三角形单元刚度过硬、计算的固有频率值较大,四边形单元对复杂构件不能自动剖分,点基光滑点插值法刚度过软、会导致计算动力问题失败以及求解固有频率值过低的问题,提出了点基局部光滑点插值法(NPS-PIM)。该方法将有限元与点基光滑点插值法结合,对背景网格基础上形成的点基光滑域剖分、进行局部应变光滑,计算结构的动力问题。研究发现,该方法克服了点基光滑点插值法的时间不稳定性和求解固有频率值过低的缺陷;在采用同样线性三角形单元网格对问题域进行离散的情况下,计算得到的固有频率较传统有限元法有明显提高。该方法简便实用、易于实现,具有较好的工程应用前景。 展开更多

关键词 动力响应 有限元 点基光滑点插值法 局部应变光滑

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回转体高速倾斜入水的流场特性及结构响应 被引量：16

2

作者 高英杰 孙铁志 +3 位作者 张桂勇 尤天庆 殷志宏 宗智 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期98-110,共13页

回转体高速入水过程涉及液体和固体的耦合作用,是一个复杂的非线性、非定常过程。为研究回转体高速入水的结构动响应及流场演变规律,本文中基于STAR-CCM+和ABAQUS平台,建立了回转体高速入水的双向流固耦合数值模型,开展了不同入水速度... 回转体高速入水过程涉及液体和固体的耦合作用,是一个复杂的非线性、非定常过程。为研究回转体高速入水的结构动响应及流场演变规律,本文中基于STAR-CCM+和ABAQUS平台,建立了回转体高速入水的双向流固耦合数值模型,开展了不同入水速度的回转体高速倾斜入水流固耦合数值计算。结果表明:数值计算的入水速度、位移曲线和空泡形态与实验结果良好吻合,验证了流固耦合方法的有效性;回转体倾斜高速入水的载荷先集中在触水部分边缘处,后集中于回转体底部中心处;流固耦合方法的入水冲击载荷峰值小于刚体的,弹性回转体的载荷曲线产生明显波动;撞水阶段,回转体空泡呈现不对称形态,随着入水加深,空泡不对称性变弱;入水速度60 m/s下,空泡发生表面闭合,回转体入水初速度越快,空泡表面闭合越晚;冲击载荷与入水速度有关,入水速度越大,峰值出现越早,震荡越明显,速度超过100 m/s时,回转体产生塑性形变。 展开更多

关键词 回转体 高速入水 流固耦合 流场 载荷

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海洋立管涡激损伤分析的虚拟激励法概述 被引量：2

3

作者 宗智 吴锋 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2017年第1期60-66,共7页

立管是连接海底钻井和海上平台的重要系统.涡激振动是造成立管疲劳损伤的主要因素.受海流的随机作用,立管涡激振动表现出不确定性,对这种随机振动进行快速有效地分析,对于立管的工程设计具有非常重要的意义.考虑随机激励作用,要比确定... 立管是连接海底钻井和海上平台的重要系统.涡激振动是造成立管疲劳损伤的主要因素.受海流的随机作用,立管涡激振动表现出不确定性,对这种随机振动进行快速有效地分析,对于立管的工程设计具有非常重要的意义.考虑随机激励作用,要比确定性激励困难得多,虚拟激励法对于克服这种困难具有很好的效果.近年来,应用虚拟激励法分析立管的涡激损伤问题,取得一些成果,该文对此作一概略的叙述. 展开更多

关键词 海洋立管 涡激振动 疲劳损伤 随机振动 虚拟激励法

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基于WAVEWATCH Ⅲ的近岛礁波浪演化研究 被引量：2

4

作者 白珍胜 宗智 +2 位作者 孙泽 蔡志文 刘小龙 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期1261-1269,共9页

本文选取第三代海浪数值模型中经典的WAVEWATCH Ⅲ模型,对西太平洋某风场驱动下的近岛礁波浪演化展开模拟。将数值仿真得出的结果与浮标所采集的实测波浪数据对比分析,验证了WAVEWATCH Ⅲ模式在风场驱动下近岛礁波浪场模拟的可行性,为... 本文选取第三代海浪数值模型中经典的WAVEWATCH Ⅲ模型,对西太平洋某风场驱动下的近岛礁波浪演化展开模拟。将数值仿真得出的结果与浮标所采集的实测波浪数据对比分析,验证了WAVEWATCH Ⅲ模式在风场驱动下近岛礁波浪场模拟的可行性,为应用此模式进行更深一步的波浪演化研究提供了参考依据。 展开更多

关键词 WAVEWATCHⅢ 岛礁 波浪演化 浮标实测

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船舶在波浪上纵向运动与控制研究综述 被引量：12

5

作者 孙一方 宗智 姜宜辰 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第1期1-12,47,共13页

[目的]随着全球经济和科技的发展,智能化是船舶发展的必然趋势。将自动控制用于船舶航态控制系统以达到改善其水动力性能的目的是当前的研究热点。[方法]首先综述国内外关于船舶运动算法的研究,然后介绍附体减摇系统控制信号的研究,在... [目的]随着全球经济和科技的发展,智能化是船舶发展的必然趋势。将自动控制用于船舶航态控制系统以达到改善其水动力性能的目的是当前的研究热点。[方法]首先综述国内外关于船舶运动算法的研究,然后介绍附体减摇系统控制信号的研究,在此基础上进一步总结基于运动计算结果的附体控制方法的发展,最后介绍关于纵向减摇模型试验的发展现状。[结果]分析表明:引入主动控制程序后减摇附体可以减少纵向运动响应多达60%,比被动控制下的减摇效果提升20%以上;理论上采用基于鲁棒控制和预测控制的主动控制系统的减摇效果要好于传统PID控制系统,但是由于PID系统具有简单直接的优点,模型试验研究还是基于PID控制为主。[结论]因此,在实际应用中将鲁棒控制或预测控制引入附体控制系统是智能船舶研究的重要发展方向之一。 展开更多

关键词 纵向运动 控制方法 纵向减摇附体 综述

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基于OpenFOAM的平板微气泡减阻数值分析 被引量：9

6

作者 赵晓杰 宗智 姜宜辰 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期989-996,共8页

本文基于OpenFOAM两相欧拉求解器(twoPhaseEulerFoam)对二维平板进行微气泡减阻数值模拟。模型直接求解两相N-S方程,同时采用标准k-ε湍流模型,并考虑两相间作用力的影响,通过求解界面输运方程来模拟气泡的聚并和破碎。将数值结果和Mada... 本文基于OpenFOAM两相欧拉求解器(twoPhaseEulerFoam)对二维平板进行微气泡减阻数值模拟。模型直接求解两相N-S方程,同时采用标准k-ε湍流模型,并考虑两相间作用力的影响,通过求解界面输运方程来模拟气泡的聚并和破碎。将数值结果和Madavan[1]试验结果进行对比,验证了模型的可行性。分析了不同流速下气泡直径、通气速度、浮力对减阻率的影响,并且研究了气泡对边界处流体速度分布、气体体积分数的影响。从数值结果可以看出通气速度较大且气泡直径较小时,减阻效率高,并且浮力对减阻有一定影响。 展开更多

关键词 微气泡减阻 OPENFOAM 多相流

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T型翼控制船舶在波浪上纵向运动的数值研究 被引量：6

7

作者 孙一方 姜宜辰 宗智 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2018年第2期16-26,共11页

[目的]主动控制摆角的T型翼可以在随船运动时产生更大的升力,改善船舶耐波性,因此需要对不同摆角控制信号的减摇效果进行计算和讨论。[方法]首先,利用细长体理论对Wigley船型在3种航速下不同波长规则波中的运动进行计算。然后,在此基础... [目的]主动控制摆角的T型翼可以在随船运动时产生更大的升力,改善船舶耐波性,因此需要对不同摆角控制信号的减摇效果进行计算和讨论。[方法]首先,利用细长体理论对Wigley船型在3种航速下不同波长规则波中的运动进行计算。然后,在此基础上对T型翼摆角的控制信号进行分析讨论,采用力矩控制的方式得到摆角随船体运动变化的控制方程,讨论不同工况下控制参数的值,并计算引入控制力矩后的Wigley船型在相应条件下的时域运动响应。最后,分别对采用3种信号单独控制后的减摇效果进行对比,之后对多信号联合控制进行初步研究。[结果]计算结果表明:与无T型翼作用的船相比,在高速状态下,响应峰值处的垂荡幅值可以减少32.43%,纵摇角最多可以有效减少57.62%,艏加速度可以减少61.17%;在Fr=0.3的情况下,采用角度信号控制T型翼的摆角减摇效果更明显,随着航速的增加,采用角速度信号控制的减摇效果更好。[结论]在实际应用中,可根据不同的航速采用不同的运动信号和控制参数控制T型翼摆角。 展开更多

关键词 T型翼 细长体理论 纵向减摇 力矩控制

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气垫效应对三体船连接桥砰击载荷的影响 被引量：4

8

作者 姜宜辰 孙振东 +2 位作者 宗智 孙一方 金国庆 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2021年第5期197-205,共9页

[目的]高海况下三体船连接桥底板易发生砰击现象,会在局部产生极大的砰击载荷从而造成结构破坏。为分析气垫效应对三体船连接桥砰击载荷的影响并提出连接桥底板的降载结构设计,开展相关研究。[方法]针对三体船入水砰击运动,使用计算流... [目的]高海况下三体船连接桥底板易发生砰击现象,会在局部产生极大的砰击载荷从而造成结构破坏。为分析气垫效应对三体船连接桥砰击载荷的影响并提出连接桥底板的降载结构设计,开展相关研究。[方法]针对三体船入水砰击运动,使用计算流体力学方法对三体船分段入水过程中两相流问题进行模拟。首先,通过与模型试验中砰击载荷和下落加速度进行对比,验证了数值模型的可靠性;其次,分析空气垫效应对三体船连接桥砰击载荷的影响,通过限制流域尺寸以降低气体逃逸速度来强化气垫效应,证实了气垫的重要性;最后,研究了不同形状连接桥底部封板对降低砰击载荷的效果。[结果]结果表明:三体船入水会产生两次砰击峰值,分别为底部砰击峰值和连接桥砰击峰值。矩形间隔排列的封板相较于其他形状封板降载效果更加明显,降载幅度达到约20%。[结论]考虑气垫效应对砰击载荷预报有重要影响,在三体船连接桥的设计中,使用矩形间隔排列的封板可有效降低砰击载荷对船体结构的破坏。 展开更多

关键词 砰击 数值模拟 三体船 空气垫 降载底板

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船舶舷侧与小型冰山碰撞数值模拟分析 被引量：5

9

作者 杨碧野 黄志刚 +2 位作者 刘宁 孙哲 张桂勇 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2021年第5期78-86,共9页

[目的]研究船舶舷侧结构与小型冰山的碰撞问题。[方法]基于罚函数法和任意拉格朗日−欧拉(ALE)方法建立非线性有限元分析模型,针对某油船的船体双层舷侧结构与球形冰山的相互作用过程进行数值模拟,考虑船体结构的变形、海冰的破坏以及碰... [目的]研究船舶舷侧结构与小型冰山的碰撞问题。[方法]基于罚函数法和任意拉格朗日−欧拉(ALE)方法建立非线性有限元分析模型,针对某油船的船体双层舷侧结构与球形冰山的相互作用过程进行数值模拟,考虑船体结构的变形、海冰的破坏以及碰撞过程中的水动力作用,分析不同碰撞角度对碰撞速度、碰撞力以及结构能量吸收的影响。[结果]结果表明:该数值模型可以较为充分地模拟舷侧结构与冰山的相互作用过程,在碰撞过程中,其碰撞力的峰值与碰撞角度及冰山是否破碎情况有关;碰撞力峰值随着碰撞角度的增大而增大,相对于其他角度的碰撞,在冰山的垂直碰撞情况下,流体对于冰山的速度有着较为明显的衰减作用;在舷侧各结构构件中,舷侧外板为碰撞过程中主要的吸能构件,且当冰山发生破碎时,因在破碎过程中会消耗能量,结构吸能会相对减少,故碰撞力的增幅会小于未破碎情况。[结论]为保证极地航行船舶的安全,可以适当增加舷侧结构强度,并在遭遇冰山时避免大角度的碰撞。 展开更多

关键词 船舶舷侧 冰山 碰撞 非线性有限元 碰撞角度

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航行姿态对半滑行三体船型静水阻力影响的数值研究 被引量：4

10

作者 贾敬蓓 宗智 +1 位作者 金国庆 王海英 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第6期106-114,共9页

[目的]半滑行船型(弗劳德数Fr>0.4)的航行姿态(升沉和纵倾)对船舶阻力性能影响显著,重点探讨半滑行状态下航行姿态对三体船型阻力成分(摩擦阻力和压差阻力)的影响规律。[方法]采用k-ε湍流模型,使用重叠网格技术,对三体船型的静水阻... [目的]半滑行船型(弗劳德数Fr>0.4)的航行姿态(升沉和纵倾)对船舶阻力性能影响显著,重点探讨半滑行状态下航行姿态对三体船型阻力成分(摩擦阻力和压差阻力)的影响规律。[方法]采用k-ε湍流模型,使用重叠网格技术,对三体船型的静水阻力问题进行CFD数值模拟研究。计算三体船的2种状态(自由航行状态和固定航行姿态的状态),比较上述状态下的阻力成分,分析航行姿态对阻力成分的影响规律。[结果]计算结果表明,在半滑行状态下,由航行姿态引起的总阻力变化超过20%;航行姿态变化对压差阻力影响显著,约高达50%,而对摩擦阻力的影响则相对较小,不到8.5%;由航行姿态引起的阻力增加,90%以上来自压差阻力的变化。[结论]准确预报航行姿态及由此产生的压差阻力变化对半滑行三体船型非常重要。 展开更多

关键词 半滑行 三体船 阻力 升沉和纵倾

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基于WCSPH-SPIM流固耦合模型的弹性体入水模拟 被引量：3

11

作者 施书文 张桂勇 +1 位作者 王双强 胡泰安 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第18期103-108,共6页

对于入水砰击这类强非线性问题,运用网格方法不可避免会发生网格畸变、自由液面捕捉不准确等问题,而拉格朗日型无网格方法在处理该类问题时展现出很强的优越性。针对这一特点,采用两种无网格方法分别作为流体与固体求解器、建立流固耦... 对于入水砰击这类强非线性问题,运用网格方法不可避免会发生网格畸变、自由液面捕捉不准确等问题,而拉格朗日型无网格方法在处理该类问题时展现出很强的优越性。针对这一特点,采用两种无网格方法分别作为流体与固体求解器、建立流固耦合模型模拟入水问题;在通过刚性体入水问题对弱可压光滑粒子水动力法(WCSPH)进行验证之后,采用新提出的弱可压光滑粒子水动力与光滑点插值(SPIM)流固耦合方法(WCSPH-SPIM)分别对弹性体低速和高速入水问题进行了计算。结果显示关键点处变形与压力随时间的变化情况都与试验值或半解析解吻合良好,证明了该方法对模拟弹性体入水问题的有效性。 展开更多

关键词 弱可压光滑粒子水动力法(WCSPH) 光滑点插值方法(SPIM) 流固耦合(FSI) 入水

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基于蒙特卡洛方法的三体船侧体运动响应优化 被引量：2

12

作者 王硕 宗智 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2019年第3期122-128,共7页

[目的]为研究三体船侧体布置对三体船运动性能的影响,[方法]基于蒙特卡洛方法和势流理论,提出一种三体船侧体布局对运动性能影响的优化方法,给出多目标的优化模型和计算技术。首先,采用蒙特卡洛方法选取方案,并用AQWA软件(势流理论)计... [目的]为研究三体船侧体布置对三体船运动性能的影响,[方法]基于蒙特卡洛方法和势流理论,提出一种三体船侧体布局对运动性能影响的优化方法,给出多目标的优化模型和计算技术。首先,采用蒙特卡洛方法选取方案,并用AQWA软件(势流理论)计算不同方案的运动响应;然后,通过比较各种方案的横摇、纵摇和升沉运动响应,选取这3个指标均小于原始船型的方案为优化方案。[结果]结果表明:在规则波中,侧体位于主体舯前位置可以减小三体船的运动响应,在不规则波中,可以减小三体船的横摇运动响应;在规则波中,增大侧体与主体之间的横向距离,可以同时减小三体船的横摇和纵摇运动响应。[结论]研究三体船侧体布局对运动的影响时,采用蒙特卡洛方法和势流理论相结合的优化方法可以提高计算效率并保证计算精度。 展开更多

关键词 三体船 侧体布局 蒙特卡洛方法 势流理论 运动响应

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应用混合单元基光滑点插值法的声固耦合分析 被引量：1

13

作者 陈泽聪 陈毓珍 +2 位作者 何智成 张桂勇 王海英 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期238-245,共8页

基于有限元法的声固耦合计算模型由于刚度过硬,频率增高时计算结果容易出现较大的色散误差。为提高计算精度,提出将采用梯度光滑技术的混合单元基光滑点插值法(CSαPIM)应用于三维声学模拟,通过与边基光滑有限元(ESFEM)的二维板单元结合... 基于有限元法的声固耦合计算模型由于刚度过硬,频率增高时计算结果容易出现较大的色散误差。为提高计算精度,提出将采用梯度光滑技术的混合单元基光滑点插值法(CSαPIM)应用于三维声学模拟,通过与边基光滑有限元(ESFEM)的二维板单元结合,对结构声振耦合系统进行模态和频率响应分析。结果表明梯度光滑可以有效软化系统刚度,提供更加准确的计算结果;同时,新方法采用三角形和四面体单元来分别离散结构域和声学域,对任意几何形状具有普遍适应性,可以减少复杂模型的前处理时间,具有很好的工程应用前景。 展开更多

关键词 光滑点插值法 声固耦合 系统刚度

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光滑点插值法应用于流固耦合的比较研究 被引量：1

14

作者 黄硕 王双强 +1 位作者 王鹏 张桂勇 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1645-1654,共10页

针对传统有限元法(FEM)固体模型刚度过硬导致低阶单元求解精度较低的问题,采用光滑点插值方法(S-PIM).S-PIM得益于梯度光滑技术能软化固体模型刚度,基于容易剖分的线性背景网格能改善固体求解精度.采用不同的光滑域构建方式可以得到不... 针对传统有限元法(FEM)固体模型刚度过硬导致低阶单元求解精度较低的问题,采用光滑点插值方法(S-PIM).S-PIM得益于梯度光滑技术能软化固体模型刚度,基于容易剖分的线性背景网格能改善固体求解精度.采用不同的光滑域构建方式可以得到不同的固体求解器,从而在不同程度上提高计算精度.本研究以浸没光滑点插值法(IS-PIM)为基础,在流固耦合(FSI)模型中采用较成熟的半隐式特征分离法(CBS)作为流体求解器,分别采用有限元法、边基光滑点插值方法(ES-PIM)以及点基局部光滑点插值方法(NPS-PIM)作为固体求解器,比较不同固体求解器条件下的计算精度和效率.结果表明,与边基光滑点插值方法和有限元法相比,在流固耦合模型中采用点基局部光滑点插值法可以得到更准确的固体模型刚度,也更有利于计算精度和计算效率的提高. 展开更多

关键词 浸没方法 流固耦合 有限元法 光滑点插值方法 计算效率

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基于一方程转捩模型的狭缝冲击射流传热数值模拟

15

作者 黄华坤 张桂勇 +1 位作者 孙铁志 宗智 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2019年第2期144-149,共6页

[目的]由于冲击射流现象涉及层流—湍流转捩、极强的逆压梯度和分离流问题,导致传统湍流模型无法对其准确预测。为了研究湍流模型在多种条件下的鲁棒性,[方法]采用基于转捩机理的一方程转捩模型,预测以局部努塞尔数(Nu)来衡量的狭缝冲... [目的]由于冲击射流现象涉及层流—湍流转捩、极强的逆压梯度和分离流问题,导致传统湍流模型无法对其准确预测。为了研究湍流模型在多种条件下的鲁棒性,[方法]采用基于转捩机理的一方程转捩模型,预测以局部努塞尔数(Nu)来衡量的狭缝冲击射流的传热特征。在冲击距离范围为4≤H/B≤9.2时,对稳态和脉动冲击射流传热问题进行研究。[结果]结果表明,在H/B=4时,一方程转捩模型准确地捕捉了受转捩影响的局部努塞尔数第2峰值的大小和位置;在H/B=9.2时,该模型避免了大多数传统雷诺时均模型(RANS)中出现的假第2峰值,获得了更符合实验结果的传热分布规律。[结论]在较大的H/B范围内,一方程转捩模型能够准确预测狭缝冲击射流的传热分布,表现出良好的鲁棒性。 展开更多

关键词 冲击射流 努塞尔数 鲁棒性 传热 转捩模型

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基于改进MPS方法的三维时域水弹性计算模型

16

作者 孙哲 尹恒辉 +1 位作者 张桂勇 宗智 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期948-956,共9页

本文在作者已有的二维改进MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法基础上进行了三维拓展(主要包括三维自由面粒子判断),并通过将计算得到的三维溃坝问题结果与文献中实验结果相对比,验证了所发展模型的准确性。在结构响应计算方面,将... 本文在作者已有的二维改进MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法基础上进行了三维拓展(主要包括三维自由面粒子判断),并通过将计算得到的三维溃坝问题结果与文献中实验结果相对比,验证了所发展模型的准确性。在结构响应计算方面,将刚性和柔性模态耦合并计及相互影响。在此基础上,将流体和结构部分通过迭代方式耦合,从而实现强流固耦合计算。最后,应用上述模型对涉及大刚体位移叠加弹性变形的三维方梁的强非线性时域水弹性问题进行了计算,验证了模型对此类问题的有效性。 展开更多

关键词 MPS方法 流固耦合 时域计算 水弹性 计算流体力学

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