检索结果-内蒙古大学图书馆

孔腔流动线谱辐射噪声的数值模拟研究——流动模态、声学模态、声振耦合和流声耦合

船舶力学 2025年第2期29卷 300-311页

作者：张鹏唐科范王斌上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海交通大学水动力学教育部重点实验室

孔腔流动的线谱辐射噪声严重破坏舰艇声隐声性，其形成机理涉及流动模态、声学模态、声振耦合和流声耦合效应。本文基于CFD/CHA混合方法，数值模拟简单方腔和典型孔腔的瞬态流场、等效声源场、声学近场和远场，并通过与水洞实测数据对... 详细信息

孔腔流动的线谱辐射噪声严重破坏舰艇声隐声性，其形成机理涉及流动模态、声学模态、声振耦合和流声耦合效应。本文基于CFD/CHA混合方法，数值模拟简单方腔和典型孔腔的瞬态流场、等效声源场、声学近场和远场，并通过与水洞实测数据对比验证数值方法适用性。本文归纳了孔腔流动模态和声学模态的特征规律，特别是定量计算了弹性壁面声振耦合效应和典型孔腔声腔复杂性对声学模态频率的影响；总结了远场辐射噪声频谱中，第一阶声学模态效应线谱成为“决定性线谱”的重要规律；分析了实际孔腔的声学模态频率大幅向低频偏移的趋势，从而显示了采取措施避免流声共振的必要性；通过解析求解，定量建立了相关水洞声学实验的截面积比必要条件，对实验模型设计具有重要指导价值。

关键词：孔腔流动辐射噪声声学模态声振耦合流声耦合 CFD/CHA混合方法线谱控制

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基于混合格林函数法的极地限制航道内船舶水动力特性研究

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船舶力学 2025年第3期29卷 374-387页

作者：杨云涛湛俊华朱仁传马超高慧江苏科技大学船舶与建筑工程学院江苏张家港215600 中国船舶科学研究中心水动力学国家重点实验室江苏无锡214082 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 武汉理工大学船舶与能源动力工程学院武汉430063

为了研究极地限制航道内船舶的水动力特性,本文基于三维势流理论建立一种混合格林函数法。该方法在航道流域以自由面格林函数为核函数,在两侧冰覆盖域采用弹性薄板模型模拟海冰并以自动满足冰覆盖水面条件、海底条件和辐射条件的冰面格... 详细信息

为了研究极地限制航道内船舶的水动力特性,本文基于三维势流理论建立一种混合格林函数法。该方法在航道流域以自由面格林函数为核函数,在两侧冰覆盖域采用弹性薄板模型模拟海冰并以自动满足冰覆盖水面条件、海底条件和辐射条件的冰面格林函数为核函数,分别构建边界积分方程耦合求解。为了提高数值计算效率,积分方程中与冰面格林函数波动部分相关的影响系数通过采用解析公式计算垂向积分来求得。在此基础上,自主开发船舶在冰间限制航道中水动力响应的数值计算程序。以一艘存在计算数据的驳船为研究对象,讨论控制面长度和网格密度对计算收敛性的影响,验证方法和程序的可靠性。进一步对不同航道宽度和冰层厚度下的水动力系数进行计算与分析,结果显示冰间限制航道内船舶的水动力呈振荡变化,并且航道宽度越小、冰层越厚,振荡程度越激烈,船舶受海冰影响越显著。

关键词：混合格林函数法冰间限制航道水动力极地

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孤立波与淹没平板相互作用的三维波面和水动力实验研究

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力学学报 2019年第6期51卷 1605-1613页

作者：王千刘桦房詠柳邵奇上海交通大学水动力学教育部重点实验室

在波浪水池中进行了孤立波作用下有限长度和有限宽度淹没平板的三维模型水池实验.首次应用多目视觉立体重构技术测量局部三维自由表面变形,该系统的有效测量水平范围为1.7 m×1.6 m.用4个三分力测力传感器组成水下测力系统,在不影... 详细信息

在波浪水池中进行了孤立波作用下有限长度和有限宽度淹没平板的三维模型水池实验.首次应用多目视觉立体重构技术测量局部三维自由表面变形,该系统的有效测量水平范围为1.7 m×1.6 m.用4个三分力测力传感器组成水下测力系统,在不影响波面的情况下测量孤立波对平板的作用力和力矩.针对波浪不破碎的情况,选择0.4 m水深和0.16 m波高的来波条件,平板淹没深度为0.1 m.实验结果表明,孤立波经过淹没平板时自由面有明显的三维变形,导致孤立波波幅的时空变化.波幅在平板尾缘中心线处达到最大值,并沿展向逐渐减小.利用多目视觉立体重构系统得到的波面变化过程与浪高仪给出定点波面时间序列相互印证,表明建立的三维波面测量方法是有效的.孤立波对淹没平板作用的水动力载荷变化分为6个典型阶段,并与利用波面三维重构得到的波面测量结果一并讨论.基于多目视觉立体重构技术得到了垂向力和俯仰力矩极值点出现时的三维波面形态.建立的多目视觉立体重构系统将为海洋工程结构物的水池物理模型实验提供新的波面测量手段.

关键词：物理实验孤立波淹没平板波面重构波浪载荷

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螺旋列板立管受迫振动时的水动力学研究

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上海交通大学学报 2021年第8期55卷 907-915页

作者：李昂孙仁上海交通大学工程力学系水动力学教育部重点实验室上海200240

为了减小立管受到的振动损伤,本文对无列板立管以及三螺旋对称分布列板立管的水动力参数进行了实验评估.自然环境中的波浪与来流被抽象为振荡流与均匀流叠加,实验工况分为静止流场和相对运动流场.同时,立管受迫振动方向分别为流场纵向... 详细信息

为了减小立管受到的振动损伤,本文对无列板立管以及三螺旋对称分布列板立管的水动力参数进行了实验评估.自然环境中的波浪与来流被抽象为振荡流与均匀流叠加,实验工况分为静止流场和相对运动流场.同时,立管受迫振动方向分别为流场纵向、横向以及纵向45°夹角.结合Morison公式,由实验数据计算得到立管的附加质量系数C_(m)和托曳力系数C_(d).实验结果表明,带螺旋列板立管的C_(m)与Keulegan-Carpenter(KC)数无关,C_(m)与受迫振动方向无关;C_(d)与流场速度和振动最大速度间的比率以及KC数的1/3次幂成反比关系.该发现与经典理论振荡流中平板结构Morison参数的形式相吻合,使经典理论在立管设计中获得新的验证与应用.在相同条件下,带螺旋列板立管的C_(d)值平均高出光滑立管273%.该发现表明在复杂工况下,螺旋列板能有效降低振动造成的影响.该结果可为海洋结构物的消振设计提供新的思路,在海洋工程领域具有较高的应用价值.

关键词：水动力学螺旋列板立管振动

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平板流固耦合振动的数值分析

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上海交通大学学报 2013年第10期47卷 1487-1493,1502页

作者：胡世良鲁传敬何友声上海交通大学工程力学系上海200240 上海交通大学水动力学教育部重点实验室上海200240

采用了一种基于紧耦合的流固耦合算法,对流场与柔性平板之间的耦合运动进行了数值模拟.流场部分通过有限体积法求解任意拉格朗日-欧拉描述下的不可压缩N-S方程,而结构则由有限元法离散求解拉格朗日坐标下的弹性动力学方程.在一个时间步... 详细信息

采用了一种基于紧耦合的流固耦合算法,对流场与柔性平板之间的耦合运动进行了数值模拟.流场部分通过有限体积法求解任意拉格朗日-欧拉描述下的不可压缩N-S方程,而结构则由有限元法离散求解拉格朗日坐标下的弹性动力学方程.在一个时间步内,流场与结构计算区域的交界面上进行多次的数据传递和插值,以保证满足耦合面边界条件.计算了在静止流场中弹性板的自由振动和方柱后部平板的涡激振动现象,监测了平板的振幅和频率以及水动力载荷.通过与前人结果的比较,验证了所采用的流固耦合算法的可靠性.同时,分析了不同的材料参数对于平板耦合运动的影响.流体黏性越大对平板振动的阻尼作用越明显,而流体密度的增加会加速振动的衰减,并降低振动的频率.对于具有较低固有频率的结构,在耦合运动中的振动幅度和频率也较小.

关键词：流固耦合紧耦合任意拉格朗日-欧拉描述

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红细胞力学特性对血小板近壁运动的影响

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力学学报 2013年第6期45卷 974-981页

作者：许菁王骁龙刘筠乔龚晓波上海交通大学工程力学系上海200240 上海交通大学水动力学教育部重点实验室上海200240

采用浸入式边界法,模拟了多个红细胞和血小板在毛细血管内流动过程中的相互影响.通过改变红细胞体积比和红细胞的力学特性,分析了红细胞力学特性对血小板在与内皮细胞发生粘附前的动力学行为的影响机理,包括:红细胞对血小板趋壁效应的影... 详细信息

采用浸入式边界法,模拟了多个红细胞和血小板在毛细血管内流动过程中的相互影响.通过改变红细胞体积比和红细胞的力学特性,分析了红细胞力学特性对血小板在与内皮细胞发生粘附前的动力学行为的影响机理,包括:红细胞对血小板趋壁效应的影响,血小板在流动过程中的变形情况,并从血小板所受垂直壁向合力的角度深入研究了红细胞和血小板之间的相互作用.数值模拟的结果表明,增加血流中的红细胞体积比,减小了血小板和血管壁之间的距离,增大了血小板的变形,血小板所受垂直壁向合力呈现剧烈波动,两者之间的挤压显著加强;而增大红细胞硬度,使得血小板的离壁距离增大.

关键词：血流动力学流体结构耦合浸入式边界法血小板近壁运动

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考虑非线性本构的非刚性折纸结构动力学建模与分析

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力学学报 2022年第9期54卷 2552-2566页

作者：袁婷婷任昆明方雨桥刘锦阳上海交通大学工程力学系水动力学教育部重点实验室上海200240

折纸结构因其大收纳比、高可控性、可重构、制造装配简单以及设计多样等优势,在航天、生物医学、建筑、机器人、材料科学等工程领域有着广阔的应用前景.随着折纸结构的工程应用越来越广泛,针对低刚度折纸结构的动力学研究愈加重要.本文... 详细信息

折纸结构因其大收纳比、高可控性、可重构、制造装配简单以及设计多样等优势,在航天、生物医学、建筑、机器人、材料科学等工程领域有着广阔的应用前景.随着折纸结构的工程应用越来越广泛,针对低刚度折纸结构的动力学研究愈加重要.本文将非刚性折纸结构等效为带卷簧的空间桁架结构,建立了一种通用的杆–链动力学模型.考虑材料的几何非线性,采用基于Ogden超弹性本构的杆单元来模拟折痕和虚拟折痕,可适用于作大范围运动并具有大变形的折纸结构.引入非线性卷簧来体现折痕的抗弯作用,相较于传统的卷簧本构模型,本文提出的改进的非线性卷簧本构模型具有更强的通用性和鲁棒性,能够有效避免接触碰撞动力学中折叠面的穿透.基于虚功原理,建立了考虑阻尼效应的非刚性折纸多体系统的动力学方程,并采用变步长的广义-α法求解.最后,对三种经典折叠形式的非刚性折纸结构进行动力学仿真,验证了本文提出的杆–链动力学模型的准确性和高效性.通过施加虚拟折痕和修正初始构型,有效解决了刚性折纸模型中展开和收拢过程的锁定问题.与刚性折纸模型相比,杆–链动力学模型具有更好的数值模拟通用性,并能够给出具有大变形张紧构型.在此基础上,揭示了非刚性折纸结构复杂的动力学行为,并对多稳态、瞬态动力学和波动力学特性进行分析.

关键词：非刚性折纸结构动力学建模非线性本构模型大变形多稳态

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海底火山喷发大气冲击波激发的轴对称海啸波数值模型

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力学学报 2024年第7期56卷 2015-2028页

作者：吴蓓蓓刘桦上海交通大学工程力学系水动力学教育部重点实验室上海200240

海底火山喷发引发海啸具有多源激发机制,包括水下爆炸、边坡失稳、火山口坍塌、碎屑流、地震以及大气扰动.为了深入认识轴对称移动气压扰动激发海啸的机理,探究气压扰动参数对水波形态的影响规律,本文在柱面孤立波Boussinesq模型的基础... 详细信息

海底火山喷发引发海啸具有多源激发机制,包括水下爆炸、边坡失稳、火山口坍塌、碎屑流、地震以及大气扰动.为了深入认识轴对称移动气压扰动激发海啸的机理,探究气压扰动参数对水波形态的影响规律,本文在柱面孤立波Boussinesq模型的基础上,考虑水面移动气压扰动作用,建立了由火山喷发激发的轴对称移动气压场所驱动的海啸波数值模型.利用不同地形上柱面波的传播算例验证了本模型的精确性与稳定性.数值模拟了2022年汤加火山喷发大气扰动激发海啸事件,并与太平洋DART浮标实测数据比较,较好地复演了大气扰动驱动海啸波的远场传播过程,并讨论了波动在深水区的色散行为.研究了轴对称气压扰动的径向移速、强度及尺度对波动演化特征的影响,结果显示:气压移速与浅水波速的相对大小显著影响波形,当二者接近时将激发Proudman共振.在共振条件下,波幅与径向传播距离呈近似线性增长关系,波幅放大因子随气压尺度增大而减小.在远离共振条件时,气压强度和尺度对波幅放大因子的影响相对较小,受波能流守恒约束柱面自由波幅则沿程衰减,受迫波幅值近似按气压衰减规律变化.

关键词：移动气压扰动柱面波 Boussinesq方程 Proudman共振汤加火山海啸

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单个蒸汽气泡溃灭过程的边壁效应数值研究

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上海交通大学学报 2014年第12期48卷 1766-1771,1776页

作者：张马骏陈鑫上海交通大学工程力学系上海200240 上海交通大学水动力学教育部重点实验室上海200240

采用数值模拟的手段,耦合流体体积(VOF)多相流模型和自然空泡模型,通过改变单个蒸汽气泡距竖直固壁和水面的距离,计算了这2类边壁共同作用下的溃灭过程.在溃灭的前期,气泡外形主要受水面边壁影响,呈远离水面向内凹陷的趋势;在溃灭的后期... 详细信息

采用数值模拟的手段,耦合流体体积(VOF)多相流模型和自然空泡模型,通过改变单个蒸汽气泡距竖直固壁和水面的距离,计算了这2类边壁共同作用下的溃灭过程.在溃灭的前期,气泡外形主要受水面边壁影响,呈远离水面向内凹陷的趋势;在溃灭的后期,固壁的影响凸显,凹陷的方向逐渐指向固壁.当气泡离固壁越近,溃灭时间越长;当气泡离水面越近时,溃灭时间越短.对固壁上的压力峰值,气泡距竖直固壁的距离起决定作用.

关键词：流体体积法空化气泡溃灭边壁效应

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孤立波中淹没圆盘的波浪力实验研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2020年第6期35卷 681-687页

作者：邵奇王千房詠柳刘桦上海交通大学水动力学教育部重点实验室上海200240

在近海海啸波水池中进行了孤立波作用下淹没圆盘的波浪力实验,建立了一套具有较大刚度的淹没圆盘波浪力多分量同步测量系统,获得了不同水深和淹没深度下波面和波浪载荷随时间的变化历程。针对波面不破碎工况,当孤立波经过完全淹没圆盘时... 详细信息

在近海海啸波水池中进行了孤立波作用下淹没圆盘的波浪力实验,建立了一套具有较大刚度的淹没圆盘波浪力多分量同步测量系统,获得了不同水深和淹没深度下波面和波浪载荷随时间的变化历程。针对波面不破碎工况,当孤立波经过完全淹没圆盘时,通过分析垂向力、水平力和倾覆力矩的时间序列,阐述了孤立波推进过程中圆盘上下表面的压力分布特征及其对波浪力的影响规律。依据波浪力极值的测量数据,给出不同相对波高条件下水平力系数、垂向力系数和倾覆力矩系数的实验结果,揭示了其变化规律。

关键词：物理实验孤立波淹没圆盘波浪载荷

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