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多层SGP夹层玻璃受刚体冲击作用的实验研究

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无机材料学报 2018年第10期33卷 1110-1118页

作者：张杨梅王星尔杨健刘清风刘炘炜上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

多层SentryGlas?Plus(SGP)夹层玻璃在建筑行业被广泛作为承重材料,玻璃在动态冲击下的脆性失效易导致夹层玻璃的承重性能大幅降低,而目前对多层SGP夹层玻璃抗冲击性能的研究数据较少。本研究基于平均最小破坏速度(MMBV)测试方法,对三层... 详细信息

多层SentryGlas?Plus(SGP)夹层玻璃在建筑行业被广泛作为承重材料,玻璃在动态冲击下的脆性失效易导致夹层玻璃的承重性能大幅降低,而目前对多层SGP夹层玻璃抗冲击性能的研究数据较少。本研究基于平均最小破坏速度(MMBV)测试方法,对三层SGP夹层玻璃面板展开刚体冲击实验。首先采用高速相机追踪裂纹产生和扩展情况,将夹层玻璃的开裂顺序分成三类,并通过分析其冲击响应,研究开裂顺序、支撑条件和玻璃面板构成对SGP夹层玻璃抗冲击性能的影响。实验结果显示,边缘夹固式夹层玻璃需要更高的平均最小破坏速度来触发玻璃破损,且与驳接点支式试样相比,其碎裂前刚度提高了44%。相比于钢化玻璃,半钢化玻璃碎片在受压状态下可产生更强的锁合机制,从而明显提高试样刚度,平均最小破坏速度则稍有增加。研究还显示动态刚度在破坏后阶段将会显著降低。最后,结合高速相片分析了两类动态脱层特征。

关键词：夹层玻璃 SGP夹层玻璃结构玻璃冲击实验动态荷载

塑料类高分子聚合物材料水中目标声学参数反演

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物理学报 2019年第21期68卷 130-141页

作者：周彦玲范军王斌上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心海洋工程国家重点实验室

塑料类高分子聚合物材料作为3D打印领域的一类主要材料,在水下声学模型和结构成型中的应用越来越广泛,这类新材料的声学参数直接影响着3D打印的水下声学模型和结构的声学性能.基于水中目标声散射的Rayleigh简正级数解及塑料类高分子聚... 详细信息

塑料类高分子聚合物材料作为3D打印领域的一类主要材料,在水下声学模型和结构成型中的应用越来越广泛,这类新材料的声学参数直接影响着3D打印的水下声学模型和结构的声学性能.基于水中目标声散射的Rayleigh简正级数解及塑料类高分子聚合物材料实心球中亚音速Rayleigh波低频共振机理分析,获取了亚音速Rayleigh波在低频情况下共振峰频率和幅度分别对材料的波速和衰减系数敏感的特征.在此特征基础上建立了一种以亚音速Rayleigh波反向散射共振峰频率和幅度为代价函数的塑料类高分子聚合物材料声学参数反演方法.最后通过典型塑料类高分子聚合物材料PMMA(甲基丙烯酸甲酯-亚克力)实心球反向声散射特性水池试验,测量了亚音速Rayleigh波反向散射共振特性,并反演得到了此类PMMA材料的纵波、剪切波声速及其声衰减系数,与理论预报结果基本吻合,为3D打印的塑料类高分子聚合物材料模型声学性能测试和评估提供了一种新方法.

关键词：塑料类高分子聚合物声散射声学参数反演

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水中微小波纹圆柱体声散射低频共振调控

物理学报 2021年第5期70卷 178-188页

作者：周彦玲王斌范军上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心海洋工程国家重点实验室上海200240

塑料类高分子材料甲基丙烯酸甲酯-亚克力(PMMA)圆柱中亚音速Rayleigh波低频隧穿共振可引起反向散射增强,在低频标准散射体设计等领域具有重要应用价值.提出一种微弱形变的规则波纹表面结构,可实现水中PMMA圆柱反向散射低频共振频率的无... 详细信息

塑料类高分子材料甲基丙烯酸甲酯-亚克力(PMMA)圆柱中亚音速Rayleigh波低频隧穿共振可引起反向散射增强,在低频标准散射体设计等领域具有重要应用价值.提出一种微弱形变的规则波纹表面结构,可实现水中PMMA圆柱反向散射低频共振频率的无源调控.利用微扰法推导了水中微弱形变规则波纹圆柱反向散射低频共振频率偏移的近似解,讨论了波纹微扰系数、周期对规则波纹圆柱共振频率偏移的影响规律.基于Rayleigh波相位匹配方法分析了低频共振频率偏移的机理.研究表明:微弱形变规则波纹圆柱中亚音速Rayleigh波沿微弱形变波纹表面传播,与光滑圆柱体相比,传播路径的改变引起Rayleigh波传播相位变化,导致了Rayleigh波低频共振频率发生偏移.最后开展了微弱形变规则波纹圆柱体声散射特性水池实验,获取了其反向散射共振频率,明显观察到了规则波纹圆柱共振频率偏移现象,与理论预报结果吻合较好.

关键词：规则波纹圆柱亚音速Rayleigh波共振散射

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水下环形凹槽圆柱体散射声场空间指向性调控

物理学报 2021年第17期70卷 125-132页

作者：周彦玲范军王斌李兵上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

本文提出一种具有深度梯度的环形凹槽结构,可用于调控水中有限长刚性圆柱体散射声场空间指向性.基于声学相位阵列理论分析了环形凹槽圆柱声散射空间指向性改变的机理,研究表明:凹槽深度方向相位延迟和凹槽间Bragg散射的相互作用使得平... 详细信息

本文提出一种具有深度梯度的环形凹槽结构,可用于调控水中有限长刚性圆柱体散射声场空间指向性.基于声学相位阵列理论分析了环形凹槽圆柱声散射空间指向性改变的机理,研究表明:凹槽深度方向相位延迟和凹槽间Bragg散射的相互作用使得平面声波垂直于圆柱方向入射其正横方向散射声波发生偏转.采用有限元方法讨论了凹槽结构参数如占空比、梯度等对圆柱散射声场空间分布特征的影响规律.多个不同深度梯度环形凹槽单元组合圆柱体散射声场数值计算和实验结果显示:具有环形凹槽结构圆柱体正横方向散射声波均匀偏转到预定的空间范围内,使得圆柱体声散射场空间指向性均衡化,改变了圆柱整体的散射特征,这为水下目标声隐身设计和声波定向传播提供了新的方法.

关键词：环形凹槽结构声波偏转圆柱体声散射

基于多离子传输的混凝土细微观尺度多相数值模拟

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硅酸盐学报 2018年第8期46卷 1074-1080页

作者：刘清风上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心

基于严格的Gaussian静电理论和对多相结构的参数控制,考虑多种离子间电化学耦合效应和骨料、界面过渡区的不同形状及体积分数,在细微观尺度下建立多离子传输多相数值模型。通过求解质量守恒方程和Poisson方程,探明多离子的时空分布规律... 详细信息

基于严格的Gaussian静电理论和对多相结构的参数控制,考虑多种离子间电化学耦合效应和骨料、界面过渡区的不同形状及体积分数,在细微观尺度下建立多离子传输多相数值模型。通过求解质量守恒方程和Poisson方程,探明多离子的时空分布规律。综合考虑外加电场、离子间相互作用、混凝土的各向异性、骨料-砂浆界面过渡区和离子吸附结合效应等因素的影响,揭示了多离子传输与单一离子传输间的差异,以及多种曲折度效应之间的增益效果和影响程度。

关键词：多离子多相模型混凝土氯离子骨料形状电化学耦合 “双多”模型

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深海水力集矿球形颗粒受力特性试验研究

上海交通大学学报 2019年第8期53卷 907-912页

作者：赵国成肖龙飞杨建民岳子钰上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心

深海采矿一般采用水力集矿方式将海床表层的矿石颗粒采集到集矿机内,圆球矿石颗粒在集矿流场中的受力特性研究是集矿系统的设计基础.通过在实验室设计并搭建水力集矿试验系统,研究不同集矿头离底高度与矿粒直径比(h/d)、集矿头与矿粒底... 详细信息

深海采矿一般采用水力集矿方式将海床表层的矿石颗粒采集到集矿机内,圆球矿石颗粒在集矿流场中的受力特性研究是集矿系统的设计基础.通过在实验室设计并搭建水力集矿试验系统,研究不同集矿头离底高度与矿粒直径比(h/d)、集矿头与矿粒底部端点之间的偏转角度(θ)、不同集矿头拖曳速度(vt)对球形矿粒在集矿流场中的垂向受力系数(Cvs)及径向受力系数(Crs)的影响.研究结果表明:Cvs随h/d的增加呈显著的指数关系减小;垂向力预测公式预报的矿粒垂向受力误差小于10%;当θ=20°时,Cvs达到快速衰减转折点;Cvs和Crs的最大值随着vt的增加有增大的趋势,且当θ=35°或θ=40°时,Crs达到最大值.研究结果可为深海采矿水力集矿系统的设计及矿粒精准开采的实施提供一定的参考依据.

关键词：深海采矿水力集矿球形矿粒量纲分析受力特性

一种几何VOF方法在液舱晃荡流动模拟中的应用

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上海交通大学学报 2019年第8期53卷 943-951页

作者：李金龙尤云祥陈科上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心

isoAdvector是一种新的几何VOF(Volume of Fluid)方法,虽然克服了传统几何VOF方法难以适用于三维空间任意多面体网格的缺点,但不能直接用来模拟涉及动网格技术的液舱晃荡.为此,引入了运动通量修正,并提出了面-界面交线运动修正,使得修... 详细信息

isoAdvector是一种新的几何VOF(Volume of Fluid)方法,虽然克服了传统几何VOF方法难以适用于三维空间任意多面体网格的缺点,但不能直接用来模拟涉及动网格技术的液舱晃荡.为此,引入了运动通量修正,并提出了面-界面交线运动修正,使得修正后的isoAdvector方法可以应用到液舱晃荡的模拟中.基于不同的VOF方法对非共振、共振受迫晃荡和单次冲击波面进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果以及解析解进行了比较.结果表明:相对于代数VOF方法,采用修正后的isoAdvector方法获得的自由液面位置和整体水动力载荷精度更高;捕捉的波面没有褶皱,能够较好地模拟波面的翻卷和破碎.此外,提出了界面厚度的估计方法,分析了自由液面波高精度提高的原因.

关键词：液舱晃荡界面几何流体体积面-界面交线

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移动粒子半隐式法模拟入水冲击流固耦合问题

浙江大学学报（工学版） 2018年第11期52卷 2092-2097页

作者：杨超张怀新上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心

利用传统的基于网格信息的方法处理大变形自由表面、液面破损、弹性结构变形等问题时,网格会产生严重的扭曲变形,从而导致较大的计算误差甚至计算终止。移动粒子半隐式(MPS)法是一种无网格拉格朗日计算方法,摆脱了计算网格的约束,抛开... 详细信息

利用传统的基于网格信息的方法处理大变形自由表面、液面破损、弹性结构变形等问题时,网格会产生严重的扭曲变形,从而导致较大的计算误差甚至计算终止。移动粒子半隐式(MPS)法是一种无网格拉格朗日计算方法,摆脱了计算网格的约束,抛开了网格重构。在计算过程中不会发生网格变形过大或者网格畸变的问题,适用于处理流固耦合交界面等不连续问题.采用统一的MPS粒子将宏观流体和固体按一定的形式离散,解决统一坐标系的协调问题.在利用传统的网格数值方法计算流固耦合问题时,对流固耦合交界面的处理非常繁琐,而利用MPS法则不需要对流固耦合交界面做单独处理,简化了处理程序.运用MPS法对平底结构入水冲击问题进行流固耦合数值模拟。模拟和实验结果的对比表明MPS法可以很好地应用于冲击入水等不连续问题的数值计算.

关键词：移动粒子半隐式法流固耦合入水冲击压力振荡

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基于升力面理论的螺旋桨预旋定子优化

哈尔滨工程大学学报 2018年第11期39卷 1733-1739页

作者：韩聪傅慧萍马宁上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海交通大学海洋工程国家重点实验室

为了获得船舶最佳节能效果,螺旋桨前置预旋节能定子的参数化设计很有必要。本文基于升力面理论与CFD数值模拟,对模型尺度下的某10 000 TEU集装箱船的自航性能进行了数值模拟和节能定子优化设计。通过改变定子叶片的偏转角度,获得了不同... 详细信息

为了获得船舶最佳节能效果,螺旋桨前置预旋节能定子的参数化设计很有必要。本文基于升力面理论与CFD数值模拟,对模型尺度下的某10 000 TEU集装箱船的自航性能进行了数值模拟和节能定子优化设计。通过改变定子叶片的偏转角度,获得了不同形式的定子,并分别计算了各种定子形式下的自航因子。同时采用升力面方法计算了自航状态下各定子与螺旋桨的数值环量,分析了船身效率、相对旋转效率及推进效率随定子与螺旋桨环量比的变化趋势。通过比较不同定子形式下螺旋桨的推进效率,得出了预旋定子相对螺旋桨环量的最优环量比值范围在70%～80%,为定子的优化设计提供了理论依据。

关键词：船舶自航螺旋桨预旋定子优化设计升力面理论