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宽扁肥大船型波激振动响应研究

振动与冲击 2020年第18期39卷 174-180页

作者：王一雯吴卫国郑成武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063

宽扁肥大船型由于其较“柔”的结构特性极易引起高频持续的波激振动响应,同时显著提高了应力幅值水平及循环次数,极大影响了船体结构安全性与可靠性。采用非线性水弹性时域计算方法以及模型试验方法对某艘宽扁肥大船型的波激振动响应特... 详细信息

宽扁肥大船型由于其较“柔”的结构特性极易引起高频持续的波激振动响应,同时显著提高了应力幅值水平及循环次数,极大影响了船体结构安全性与可靠性。采用非线性水弹性时域计算方法以及模型试验方法对某艘宽扁肥大船型的波激振动响应特性进行分析;验证了该理论预报方法的有效性及可靠性,并讨论了其高阶波激振动响应对总载荷水平的贡献程度,表明在某些遭遇频率下其波激振动响应较大。在宽扁肥大船结构设计及审核阶段,必须考虑其波激振动成分的影响。

关键词：宽扁肥大船型波激振动非线性水弹性数值计算方法

弹性楔形体入水砰击载荷及结构响应的理论计算与数值模拟研究

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爆炸与冲击 2021年第11期41卷 97-112页

作者：王一雯郑成吴卫国武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心湖北武汉430063

针对弹性楔形体砰击载荷及结构响应问题,采用理论解析计算方法以及任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合数值计算方法开展研究。分别分析不同边界条件、入水速度、板厚以及斜升角对弹性结构所受砰击力及结构... 详细信息

针对弹性楔形体砰击载荷及结构响应问题,采用理论解析计算方法以及任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合数值计算方法开展研究。分别分析不同边界条件、入水速度、板厚以及斜升角对弹性结构所受砰击力及结构响应的影响及变化规律,并探讨砰击载荷时间历程和物面分布特性。结果表明,通过增大斜升角可有效降低弹性楔形体砰击载荷和结构响应,斜升角自10°增大至30°,无量纲砰击力峰值减小至6.9%,结构变形极值减小至6.5%。可通过水弹性因数R_(F)=C_(B)_(tan)β√EI/(ρL^(3))/ν评估板厚、入水速度、斜升角以及边界条件对砰击载荷作用下结构水弹性效应的影响,在水弹性因数RF>1.71时,可采用理论解析方法高效高精度预报砰击载荷作用下弹性楔形体结构变形响应。

关键词：水弹性效应弹性楔形体砰击入水流固耦合

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波导吸振器的低频减振设计和应用

力学学报 2023年第11期55卷 2636-2646页

作者：赵晓宇吴卫国林永水武汉理工大学理学院工程结构与力学系武汉430070 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063

基于螺旋声学黑洞的波导吸振器(waveguide absorber,WGA)是为解决声学黑洞尖端厚度过薄、截止频率较高等问题而提出的新构型,目前其设计方法、耗能机理和减振应用效果有待进一步研究.研究基于几何声学理论和欧拉-伯努利梁理论,提出了WG... 详细信息

基于螺旋声学黑洞的波导吸振器(waveguide absorber,WGA)是为解决声学黑洞尖端厚度过薄、截止频率较高等问题而提出的新构型,目前其设计方法、耗能机理和减振应用效果有待进一步研究.研究基于几何声学理论和欧拉-伯努利梁理论,提出了WGA的设计方法,构建了WGA材料参数和几何参数选取的理论模型,通过数值仿真揭示了WGA设计参数对弯曲波波数虚部的影响规律,阐明了几何参数对于截止频率的调控机制,进一步从时域和频域的角度分析了WGA的弯曲波耗散机理.开展加筋板减振实验研究对比验证了设计方法的可靠性和WGA的减振效果.结果表明,研究提出的设计方法可使WGA在更大尖端厚度的条件下获得更低的反射系数和截止频率,在降低加工难度的条件下提高其减振效果和适用范围.安装WGA后的加筋板在10~1000 Hz内加速度级降低可达26 d B,减振效果显著优于等质量阻尼层.新设计的WGA具有易安装、减振频带宽、低频减振效果好和对结构固有振动特性影响小等优点.研究为WGA的设计及其在结构减振工程中的应用提供了指导.

关键词：螺旋声学黑洞波导吸振器加筋板减振

弹性楔形体入水砰击载荷及结构响应理论计算方法与数值仿真研究

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爆炸与冲击 2021年

作者：王一雯郑成吴卫国武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心

在船体结构设计阶段对砰击载荷及其结构响应进行合理可靠的评估是极为重要的。针对弹性楔形体砰击载荷及结构响应问题，采用理论计算方法以及任意拉格朗日欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian， ALE)流固耦合数值计算方法开展研究。分... 详细信息

在船体结构设计阶段对砰击载荷及其结构响应进行合理可靠的评估是极为重要的。针对弹性楔形体砰击载荷及结构响应问题，采用理论计算方法以及任意拉格朗日欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian， ALE)流固耦合数值计算方法开展研究。分别分析不同边界条件、入水速度、板厚以及斜升角对弹性结构所受砰击力及结构响应的影响及变化规律，并探讨砰击载荷时间历程与物面分布特性。通过自行编写的水弹性程序可快速对结构响应及砰击载荷进行求解，并与ALE流固耦合数值仿真结果进行对比，分析两种预报方法的优势及适用条件。并与刚体结构进行对比，揭示了结构弹性效应对砰击载荷的影响。

关键词：水弹性效应砰击入水流固耦合

基于遗传算法的邮轮舷侧开口结构补强技术研究

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中国造船 2023年第6期64卷 86-100页

作者：王卓孔祥韶吴卫国武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063

为提高国产化大型邮轮结构轻量化设计水平,开展基于遗传算法的舷侧开口结构补强技术研究。采用非线性有限元方法探究了常见补强加筋形式对舷侧开口结构在轴向压缩和垂向剪切载荷作用下的极限承载能力的增强效果,并详细分析了补强加筋间... 详细信息

为提高国产化大型邮轮结构轻量化设计水平,开展基于遗传算法的舷侧开口结构补强技术研究。采用非线性有限元方法探究了常见补强加筋形式对舷侧开口结构在轴向压缩和垂向剪切载荷作用下的极限承载能力的增强效果,并详细分析了补强加筋间距、高度和厚度等参数对结构加强效果的影响。随后采用遗传算法开展邮轮舷侧开口结构补强加筋多目标优化研究,获得了增强效果好和结构重量增加较少的综合性能最优Pareto前沿解以及最优个体。研究结果表明,补强加筋可通过限制舷侧开口结构窄、纵向带板应力集中与屈曲失稳的方式,提高结构整体轴压极限承载能力。最后根据多目标优化结果给出了建议的补强加筋设计方案。

关键词：邮轮舷侧开口结构有限元遗传算法多目标优化

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润湿性表面气泡融合特性数值模拟分析

中国舰船研究 2024年

作者：杨留名柳仕成裴志勇孔祥韶武汉理工大学三亚科教创新园邮轮游艇与文化创意设计中心武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心

[目的]为促进超疏水表面与气泡复合减阻技术的发展，对润湿性表面气泡的融合特性进行研究。[方法]基于流体体积（VOF）方法，建立水下润湿性表面气泡融合数值模型，分析润湿性表面上气泡融合特性，揭示表面润湿性、气泡间距以及气泡尺... 详细信息

[目的]为促进超疏水表面与气泡复合减阻技术的发展，对润湿性表面气泡的融合特性进行研究。[方法]基于流体体积（VOF）方法，建立水下润湿性表面气泡融合数值模型，分析润湿性表面上气泡融合特性，揭示表面润湿性、气泡间距以及气泡尺寸对气泡融合特性的影响规律。[结果]结果表明：润湿性表面接触角增大、气泡间距减小使气泡更易融合；增大气泡尺寸将减缓气泡在表面的铺展速度，也不利于加快气泡融合。[结论]研究结果可为超疏水表面与气泡减阻技术的耦合设计提供参考。

关键词：船舶减阻气泡减阻表面润湿性气泡融合 VOF方法超疏水表面超亲气作用

邮轮大跨度甲板结构极限强度预报的简化解析法

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中国造船 2022年第6期63卷 198-206页

作者：姚新楠刘斌吴卫国武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063

大型邮轮上层建筑大跨度甲板采用薄板以及密集开孔高腹板的纵桁和横梁等特有结构形式,传统的简化解析公式无法准确预报其极限强度。为研究轴向载荷作用下大跨度甲板结构的屈曲与极限强度,将传统解析公式推广并建立了半解析求解的经验回... 详细信息

大型邮轮上层建筑大跨度甲板采用薄板以及密集开孔高腹板的纵桁和横梁等特有结构形式,传统的简化解析公式无法准确预报其极限强度。为研究轴向载荷作用下大跨度甲板结构的屈曲与极限强度,将传统解析公式推广并建立了半解析求解的经验回归公式。该公式基于大量不同尺寸的大跨度甲板结构极限强度有限元分析结果,采用多元函数进行拟合回归,并选取某大型邮轮的实际甲板大跨度结构进行实例分析,证明了其具有较好的预报精度。邮轮大跨度甲板结构极限强度快速预报方法为邮轮国产化设计以及结构创新升级提供了指导。

关键词：大型邮轮大跨度甲板极限强度经验公式

高速弹体穿透铝合金靶板液舱速度衰减特性研究

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中国造船 2022年第1期63卷 65-76页

作者：王卓张朴孔祥韶吴卫国武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063

为了研究液舱对高速弹体的防护机制,开展了高速弹体穿透液舱过程速度衰减特性的研究。在液舱弹道冲击试验的基础上,分析了液舱后靶板变形对弹体水中运动速度衰减效应的影响。以能量分析为基础,综合弹体穿甲运动方程和弹体在流场中运动... 详细信息

为了研究液舱对高速弹体的防护机制,开展了高速弹体穿透液舱过程速度衰减特性的研究。在液舱弹道冲击试验的基础上,分析了液舱后靶板变形对弹体水中运动速度衰减效应的影响。以能量分析为基础,综合弹体穿甲运动方程和弹体在流场中运动速度衰减的规律,建立了简化分析模型,并推导了弹体侵彻液舱后的剩余速度公式。该模型综合考虑了前靶板背水、后靶板变形以及弹体墩粗对弹速衰减的影响。还针对试验中不同铝合金靶板厚度提出了两种弹体穿甲计算模型。计算结果表明:弹体撞击背水靶板时消耗更多能量;由于液舱后靶板的变形,弹体在水中运动的实际距离要大于初始液舱宽度,使得弹体的剩余速度进一步减小;弹体撞击中厚靶板会出现墩粗变形,从而增加了其在水中运动时的阻力。弹体剩余速度的理论模型与试验结果比较接近,文中给出了误差分析。

关键词：液舱高速弹体铝合金板理论模型

基于三维X-CT图像的结皮土壤孔隙结构特征与渗透率

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农业工程学报 2021年第14期37卷 89-97页

作者：许智隼胡五龙武汉理工大学理学院武汉430070 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430070

地表结皮广泛存在于干旱半干旱地区的表层土壤,对水土保持和生态环境有着重要的影响。该研究采用X射线断层扫描成像技术(X-CT)和图像分析方法,获取并分析了3个含表层结皮的土样(孔隙率分别为0.196、0.144和0.093)三维孔隙结构特征,并利... 详细信息

地表结皮广泛存在于干旱半干旱地区的表层土壤,对水土保持和生态环境有着重要的影响。该研究采用X射线断层扫描成像技术(X-CT)和图像分析方法,获取并分析了3个含表层结皮的土样(孔隙率分别为0.196、0.144和0.093)三维孔隙结构特征,并利用格子玻尔兹曼方法计算了各土样沿深度方向不同土层的渗透率。孔隙结构分析发现,土样的表层与其相邻土层孔隙率具有较大差异,其孔隙变异度E>5%,表层孔隙率较小且连通性更差;而下部土层的孔隙率变化则较为平缓,其孔隙变异度E研究可为干旱半干旱地区的水资源管理利用和生态环境保护提供参考。

关键词：土壤孔隙率渗透率土壤结皮格子玻尔兹曼 X-CT