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提升PD效率的粒子对方法及信息传递接口并行方法

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哈尔滨工程大学学报 2024年第8期45卷 1451-1459页

作者：韩康张媛王超叶礼裕郭春雨哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室江苏无锡214082

为了避免近场动力方法中粒子间物理信息重复求解消耗的计算成本和占据的额外内存,克服近场动力学低效率计算过程对其工程应用的制约,本文提出一种提升PD计算效率的粒子对方法并建立了该方法的信息传递接口并行方法。利用粒子对方法的信... 详细信息

为了避免近场动力方法中粒子间物理信息重复求解消耗的计算成本和占据的额外内存,克服近场动力学低效率计算过程对其工程应用的制约,本文提出一种提升PD计算效率的粒子对方法并建立了该方法的信息传递接口并行方法。利用粒子对方法的信息传递接口并行策略并分析其计算效率的优越性,通过大型的工程应用实例给出了本文方法的工程实用性。研究结果表明:粒子对方法的应用不仅提升了计算效率,也优化了邻域粒子信息储存数组占据的内存和计算时间,粒子对方法可与信息传递接口并行编程相结合,能够进一步提升其计算效率,并且在较多线程并行时,计算效率高于OpenMP并行方法,而在实际计算中,加速效果也会受到不同线程间的通信任务影响。

关键词：粒子对方法近场动力学计算效率信息传递接口并行工程应用数值计算并行计算粒子搜索

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深海载人潜水器的水下稳性分析研究

船舶力学 2024年第5期28卷 716-724页

作者：胡中惠刘帅曲文新叶聪胡震中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 深海载人装备国家重点实验室江苏无锡214082 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214082

水下稳性是深海载人潜水器重要的总体性能之一,通过稳心高(GB)衡量潜水器的稳性,其指标大小与潜水器的操纵和安全息息相关。潜水器在运动过程中,海洋参数随深度变化以及潜水器自身压载变化引起潜水器稳心高发生变化。本文以稳心高基本... 详细信息

水下稳性是深海载人潜水器重要的总体性能之一,通过稳心高(GB)衡量潜水器的稳性,其指标大小与潜水器的操纵和安全息息相关。潜水器在运动过程中,海洋参数随深度变化以及潜水器自身压载变化引起潜水器稳心高发生变化。本文以稳心高基本公式为基础,结合潜水器耐压结构、浮力材料和液压油的浮力损失计算方法,建立深海载人潜水器水下稳心高数学模型,提出一种深海载人潜水器水下稳性分析方法。以“深海勇士”号载人潜水器为研究对象,对深海载人潜水器的水下稳性进行计算分析,得出深海载人潜水器水下稳心高的变化规律,可为深海载人潜水器的设计提供参考。

关键词：载人潜水器水下稳性稳心高

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全海深环境锂离子电池放电特性分析

舰船科学技术 2024年第14期46卷 110-113页

作者：宋德勇叶聪何巍巍杨申申王磊中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 深海载人装备全国重点实验室江苏无锡214082

对于应用于全海深环境的锂离子电池,针对在实际使用过程中电池的电压、电流、电芯温度、SOC(荷电状态)等数据,分析其放电特性。通过提取电池组的电池电流和海水温度,针对电芯温度随电池电流和海水温度的变化特点进行分析,同时分析不同... 详细信息

对于应用于全海深环境的锂离子电池,针对在实际使用过程中电池的电压、电流、电芯温度、SOC(荷电状态)等数据,分析其放电特性。通过提取电池组的电池电流和海水温度,针对电芯温度随电池电流和海水温度的变化特点进行分析,同时分析不同支路的电芯温度特点,并结合不同工况的电池电流特点和海水温度,分析电芯温度在不同阶段的变化情况。此外,分析电池电流对SOC的影响,并对比分析不同情况下SOC随电池电流变化的特点。

关键词：全海深锂离子电池放电特性

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多学科设计优化方法在水下无人航行器中应用

哈尔滨工程大学学报 2024年第1期45卷 144-152页

作者：张磊胡震中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214082

为了提高水下无人航行器工作的可靠性和稳健性,本文采用多学科设计优化方法开展航行器的总体设计优化。首先开展水下航行器在总体设计阶段的学科设计,分析了各学科内部的模型和计算方法,明确了各学科输入、输出和耦合关系;开展了学科内... 详细信息

为了提高水下无人航行器工作的可靠性和稳健性,本文采用多学科设计优化方法开展航行器的总体设计优化。首先开展水下航行器在总体设计阶段的学科设计,分析了各学科内部的模型和计算方法,明确了各学科输入、输出和耦合关系;开展了学科内参数建模,确立了总体设计的设计变量、系统参数和约束条件。然后以航行器质量最轻和机动性能最强为优化目标,获得设计变量计算最优解和优化设计主要输出结果值。设计变量优化计算值有效提高设计方案满足约束的能力,优化设计主要输出结果为水下无人航行器设计方案的选择提供了定量依据。

关键词：自主式水下潜器学科建模总体设计设计变量设计约束优化计算多学科设计优化协同优化算法

敷设分层梯度声学覆盖层的加肋圆柱壳声辐射特性研究

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船舶力学 2024年第2期28卷 294-308页

作者：俞白兮李凯张峰司马灿中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214082

单壳体潜艇敷设声学覆盖层应具有机械噪声、水动力噪声和声目标强度控制的多功能特性,为此需要解决两个基本问题:其一,提高机械噪声低频控制效果;其二,实现覆盖层的多功能兼容性。本文从降低机械激励壳体声辐射角度出发,采用模态叠加法... 详细信息

单壳体潜艇敷设声学覆盖层应具有机械噪声、水动力噪声和声目标强度控制的多功能特性,为此需要解决两个基本问题:其一,提高机械噪声低频控制效果;其二,实现覆盖层的多功能兼容性。本文从降低机械激励壳体声辐射角度出发,采用模态叠加法,建立无限大理想水介质中分层梯度声学覆盖层与有限长加肋圆柱壳的声振耦合及声辐射模型,基于声学覆盖层模态传递函数特性,计算分析声学覆盖层分层梯度分布及厚度、层数等参数对加肋圆柱壳辐射噪声影响的特征和规律,给出分层梯度声学覆盖层的特征声阻抗渐变参数分布并与敷设均匀声学覆盖层降噪特性比较。研究结果表明:加肋圆柱壳敷设内层至外层声阻抗逐渐递增,各分层取慢波速的声学覆盖层,具有比均匀声学覆盖层更有效地降低外表面振动位移的特性,可明显增加降噪效果,并扩展低频降噪范围。声学覆盖层的优化应增加声阻抗的内分层失配和外分层适配的效应,有利于降低加肋圆柱壳低频声辐射,并可兼顾降低声目标强度。

关键词：分层梯度声学覆盖层加肋圆柱壳声辐射

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分布式动力吸能复合结构声纳透声窗设计研究

船舶力学 2024年第7期28卷 1124-1132页

作者：沈琪耿佳傲时尚中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214082

本文针对潜艇声纳透声窗低频水动力噪声控制需求,基于平板与声腔的耦合振动方程,利用声振传递矩阵、模态展开法以及湍流边界层脉动压力频率波数谱等,建立多层复合平板的水动力自噪声计算模型。根据动力吸振特性分析,形成分布式吸能单元... 详细信息

本文针对潜艇声纳透声窗低频水动力噪声控制需求,基于平板与声腔的耦合振动方程,利用声振传递矩阵、模态展开法以及湍流边界层脉动压力频率波数谱等,建立多层复合平板的水动力自噪声计算模型。根据动力吸振特性分析,形成分布式吸能单元控制下的平板振动噪声方程,评估分布式吸能复合结构透声窗水动力自噪声,通过循环水槽试验验证其水动力自噪声降噪效果,为新型低噪声透声窗设计提供技术支撑。

关键词：水动力自噪声声纳透声窗动力吸振

三维时域自由面格林函数法的时域绕射力计算研究

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船舶力学 2024年第7期28卷 981-994页

作者：鲁江张楠张新曙顾民中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对三维时域面元法开展绕射力计算研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,记忆项的求解采用Beck团队的方法;其次,推导出全浪向... 详细信息

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对三维时域面元法开展绕射力计算研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,记忆项的求解采用Beck团队的方法;其次,推导出全浪向绕射力脉冲函数法编程所用的数学表达式;然后,采用分布源模型求解源强和速度势,并采用压力直接积分法求出时域绕射力;最后,针对Wigley I船型开展绕射力和FK力计算,并与公开的试验和计算结果进行对比,验证本文方法的可靠性。本文方法和代码可用于船舶工业CAE软件势流求解器和波浪中船舶非线性失稳运动预报。

关键词：三维时域面元法三维时域格林函数绕射力船舶CAE自主软件

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船舶有航速时三维时域格林函数计算方法研究

船舶力学 2024年第1期28卷 20-35页

作者：鲁江张楠张新曙顾民中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对船舶有航速时深水三维时域格林函数计算方法开展研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,自由面记忆项的求解采用美国密歇根... 详细信息

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对船舶有航速时深水三维时域格林函数计算方法开展研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,自由面记忆项的求解采用美国密歇根大学Beck团队的方法。其次,分区域推导出三维时域自由面格林函数记忆项及其导数的编程所用的数学展开表达式。然后,采用间接法模型求解分布源强和速度势,并采用压力直接积分法求出时域辐射力。最后,针对Wigley I船型开展了辐射力计算,并与公开的试验及计算结果进行对比,验证本文方法的可靠性。

关键词：三维时域格林函数辐射力船舶CAE自主软件

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基于超声导波的积冰量辨识及定位方法

航空学报 2024年第16期45卷 48-62页

作者：张晏鑫张鸿健熊建军赵照冉林易贤中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000

为实现飞机结冰区域化定量探测能力,提出了一种基于Lamb波的冰层定位和定量辨识方法。首先,建立了压电耦合的波动力学仿真模型,通过三维有限元数值计算分析了Lamb波在铝板、冰层中的传播特性及模态转换过程,选取S0/B1模态作为结冰监测模... 详细信息

为实现飞机结冰区域化定量探测能力,提出了一种基于Lamb波的冰层定位和定量辨识方法。首先,建立了压电耦合的波动力学仿真模型,通过三维有限元数值计算分析了Lamb波在铝板、冰层中的传播特性及模态转换过程,选取S0/B1模态作为结冰监测模态,并建立了一种基于小波变换的信号分析方法以提取S0/B1模态波的时间延迟特征量。进一步,研究分析了不同冰层结构尺寸对Lamb波信号的影响规律。结果表明,随着冰层长度(波导传播方向上的积冰量)的增大,B1模态波的时延比线性增大;冰层宽度(波导传播展向垂直方向上的积冰量)对B1模态波时延存在一个影响区域,在影响区域内(冰层宽度不大于40 mm),时延比与冰层宽度成线性关系;冰层厚度与B1模态波时延比总体上具有正相关变化趋势,冰层厚度在1.5 mm以内时,其与时延比之间具有较好的线性关系。基于此,建立了Lamb波压电阵列定位成像的数值计算模型,并提出了一种自适应阈值概率重构算法,进一步采用时延比来表征探测区域内的积冰程度,最终验证了冰层的定位成像、结冰定量辨识的可行性,提升了超声导波结冰在线快速评估的能力,为超声导波结冰区域化定量探测奠定了基础。

关键词：超声导波 Lamb波结冰探测积冰量定位成像