螺旋列板立管受迫振动时的水动力学研究 被引量：1

1

作者 李昂 孙仁 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期907-915,共9页

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... 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. 展开更多

关键词 水动力学 螺旋列板 立管 振动

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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 被引量：2

2

作者 袁婷婷 任昆明 +1 位作者 方雨桥 刘锦阳 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2552-2566,共15页

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... 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. 展开更多

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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水下散体颗粒滑坡产生海啸波的实验研究 被引量：1

3

作者 路天庆 陆昊成 刘桦 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期14-25,共12页

海底滑坡海啸作为仅次于地震海啸的重要海啸形态,常常发生于靠近海岸带的陆架和陆坡等区域,且由于其近岸灾害影响显著、物理机制复杂、难以监测和预警等特点,给靠近海岸带的居民造成了巨大的生命财产损失.关于水上滑坡海啸的实验研究相... 海底滑坡海啸作为仅次于地震海啸的重要海啸形态,常常发生于靠近海岸带的陆架和陆坡等区域,且由于其近岸灾害影响显著、物理机制复杂、难以监测和预警等特点,给靠近海岸带的居民造成了巨大的生命财产损失.关于水上滑坡海啸的实验研究相对比较充分,而对水下滑坡海啸和部分淹没滑坡海啸的研究则相对较少.本研究在大型波浪水槽中进行了斜坡上散体水下滑坡激发海啸的机理实验,研究了滑坡体的滑移距离、海啸波的形成过程以及海啸波的幅值、波速、非线性等特征,系统地认识了滑坡体质量、水深以及滑坡角度对滑坡海啸波高的影响规律,并提出了改进的水下滑坡海啸特征参数经验公式. 展开更多

关键词 水下滑坡 散体垮塌 海啸波 经验公式

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大型薄膜衍射太空望远镜的压电振动主动控制

4

作者 王展鸿 喻恒 +2 位作者 蔡国平 周徐斌 杜冬 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期309-318,共10页

随着航天技术的发展,大型薄膜衍射太空望远镜以其质量体积小、成像分辨率高、易折展等优点获得广泛的关注与研究.本文对大型薄膜衍射太空望远镜结构进行振动控制研究,给出基于压电作动器的振动控制方案.首先采用有限元方法建立结构的动... 随着航天技术的发展,大型薄膜衍射太空望远镜以其质量体积小、成像分辨率高、易折展等优点获得广泛的关注与研究.本文对大型薄膜衍射太空望远镜结构进行振动控制研究,给出基于压电作动器的振动控制方案.首先采用有限元方法建立结构的动力学模型,然后根据可控性准则进行作动器位置寻找,之后基于模糊Proportional-Derivative (PD)算法设计控制律,最后通过数值仿真验证本文研究方法的有效性.本文中,还通过数值仿真研究了压电作动器数量与控制稳定所需时间的对应关系,另外还进行了控制律鲁棒性的研究. 展开更多

关键词 太空望远镜 压电作动器 模糊比例-微分 鲁棒性

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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

5

作者 吴蓓蓓 刘桦 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2015-2028,共14页

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... 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. 展开更多

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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海啸数值模拟与南海海啸预警方法 被引量：16

6

作者 刘桦 赵曦 +1 位作者 王本龙 任智源 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2015年第3期351-369,共19页

海啸生成、传播、爬高与淹没过程,以及海啸预警方法是海啸动力学研究的重要内容.近十年来国内外学者在该领域开展了大量的研究工作.本文总结了海啸数学模型研究进展,重点介绍了高阶Boussinesq水波模型及其在海啸研究中的应用,包括海啸... 海啸生成、传播、爬高与淹没过程,以及海啸预警方法是海啸动力学研究的重要内容.近十年来国内外学者在该领域开展了大量的研究工作.本文总结了海啸数学模型研究进展,重点介绍了高阶Boussinesq水波模型及其在海啸研究中的应用,包括海啸在沿海大陆架上传播、演化与爬高特征和实际海啸过程的数值模拟.针对南中国海马尼拉海沟断裂带潜在的海啸风险,建立了该海域的基于多浮标观测反演和数值模拟的海啸预警方法,并提出了一种新的快速预警策略.探讨了海啸波导致地磁场异常的理论预报模型,并针对实际海啸过程给出了地磁场异常的时空分布. 展开更多

关键词 海啸 爬高 物理模型实验 数值模拟 南中国海 海啸预警系统

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基于流变理论的滑坡海啸数值模拟研究 被引量：5

7

作者 任智源 赵曦 刘桦 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2018年第3期451-464,共14页

基于Herschel-Bulkley流变理论建立表征粘塑性泥石流滑坡过程的数学模型,利用有限体积法求解非剪切层与剪切层的质量和动量平衡过程,计算滑体失稳与滑动过程中不同时刻滑坡体厚度的变化特性.在传统的非线性浅水波方程中计及底面运动边... 基于Herschel-Bulkley流变理论建立表征粘塑性泥石流滑坡过程的数学模型,利用有限体积法求解非剪切层与剪切层的质量和动量平衡过程,计算滑体失稳与滑动过程中不同时刻滑坡体厚度的变化特性.在传统的非线性浅水波方程中计及底面运动边界条件,发展可用于模拟海底滑坡激发海啸的生成、传播和爬高淹没过程的数值模型.复演了1998年巴布亚新几内亚滑坡海啸,结合实测数据验证该模型的可靠性.针对我国南海的白云滑坡和文莱滑坡可能存在的大规模滑坡,分别模拟计算了白云滑坡体积为50km^3和100km^3、文莱滑坡体积为1200km^3的滑坡演化过程,及其引起的滑坡海啸.根据计算得到的南海滑坡海啸的最大波幅分布和近岸的波面时间序列,分析了南海潜在的滑坡海啸传播演化规律和对我国近岸的灾害性影响特征. 展开更多

关键词 滑坡海啸 Herschel-Bulkley流变理论 浅水方程 南中国海

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渐缩平板间的缓变流 被引量：2

8

作者 黄树新 《力学与实践》 北大核心 2015年第2期218-222 231,231,共6页

通过数值模拟方法探讨了渐缩平板间的不平行流动和缓变流的关系.分析了倾斜板的倾角对流动的影响.对采用EXP(CES)方式得到的数据,在板倾角为5.455°时不平行流动相对平行流动的偏差达1%,在13.26°时偏差达10%.这里取1%的偏差所... 通过数值模拟方法探讨了渐缩平板间的不平行流动和缓变流的关系.分析了倾斜板的倾角对流动的影响.对采用EXP(CES)方式得到的数据,在板倾角为5.455°时不平行流动相对平行流动的偏差达1%,在13.26°时偏差达10%.这里取1%的偏差所对应的5.455°作为本文探讨的缓变流的临界角.最后讨论了数值模拟结果的合理性和可靠性. 展开更多

关键词 缓变流 渐缩平板 数值模拟 临界角

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自然超空泡与尾喷流相互作用的数值模拟 被引量：2

9

作者 舒畅 宫兆新 刘桦 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期15-30,共16页

认识带尾喷流和自然超空泡的水下高速航行体流体动力特性并发展其预报与控制方法仍是水动力学领域极具挑战性的课题.本研究采用CFD方法对尾喷流和自然超空泡之间的相互作用进行了数值研究.针对发动机欠膨胀超音速喷流,采用现有实验结果... 认识带尾喷流和自然超空泡的水下高速航行体流体动力特性并发展其预报与控制方法仍是水动力学领域极具挑战性的课题.本研究采用CFD方法对尾喷流和自然超空泡之间的相互作用进行了数值研究.针对发动机欠膨胀超音速喷流,采用现有实验结果验证了基于两方程湍流模型的二维轴对称流动数值模型的可靠性.尾喷流在空气和蒸汽环境中流动的数值计算结果表明,由于蒸汽环境中背压较低,欠膨胀尾喷流无法及时形成压缩波,使得蒸汽环境中尾喷流的过膨胀区和气相扩散区的体积比空气中大;尾喷流很难形成规则的激波格栅,波系结构相对简单.针对携尾喷流的平头航行体超空泡流状态的数值模拟结果表明,尾喷流注入超空泡后迅速充满航行体周围的空腔区域;尾喷流与超空泡尾迹区域形成的回射流相互作用最终导致超空泡断裂,断裂过程中伴随着燃气泡的下泄现象;受空泡壁面约束,尾喷流难以在狭窄的超空泡空腔内完全膨胀,尾喷流的激波波系结构有显著的变化:在喷嘴附近受到压缩,在远离喷嘴区域受到超空泡水汽掺混的破坏;空泡内压强基本维持在饱和蒸汽压附近,没有显著增加. 展开更多

关键词 自然空化 超空泡 尾喷流 数值模拟

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带攻角轴对称体自然空泡流脉动特征的数值分析 被引量：2

10

作者 万初瑞 王本龙 刘桦 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2017年第2期303-310,共8页

采用雷诺平均NS方程对轴对称体自然空泡流的脉动过程进行了数值模拟.采用通过降低两相过渡区域内湍流涡粘性系数的方法,实现了基于RANS方程的三维轴对称体自然空泡整体脱落过程的数值模拟.与1/4平头轴对称体自然空泡流实验结果比较,空... 采用雷诺平均NS方程对轴对称体自然空泡流的脉动过程进行了数值模拟.采用通过降低两相过渡区域内湍流涡粘性系数的方法,实现了基于RANS方程的三维轴对称体自然空泡整体脱落过程的数值模拟.与1/4平头轴对称体自然空泡流实验结果比较,空泡大断裂的脱落频率计算值与实验数据基本一致.数值模拟结果表明,在空化数相同条件下,头型变化对空泡成长及脱落有着明显的影响,半球头模型的空泡长度较短,脱落频率较大,而平头模型的空泡长度更长,脱落频率较低.零攻角条件下,自然空泡在大断裂和脱落过程中也呈现非对称性的空泡形态.在小攻角条件下,攻角增大会使得背流侧空泡长度变大,脱落频率略有减小.当攻角大于8度时,空泡的整体脱落规律性受到抑制. 展开更多

关键词 空泡流 RANS方程 轴对称体 空泡脱落 频率

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孤立波对浸没平板作用的二维边界元数值分析 被引量：5

11

作者 耿添 刘桦 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2019年第3期275-282,共8页

该文采用二维边界元方法研究孤立波与浸没固定式平板的相互作用,研究相对波高、相对宽长和相对浸没深度对水动力载荷的影响规律。通过孤立波在台阶上传播与分裂及孤立波中平底上浸没固定式平板的波浪载荷等算例,验证了基于势流理论与完... 该文采用二维边界元方法研究孤立波与浸没固定式平板的相互作用,研究相对波高、相对宽长和相对浸没深度对水动力载荷的影响规律。通过孤立波在台阶上传播与分裂及孤立波中平底上浸没固定式平板的波浪载荷等算例,验证了基于势流理论与完全非线性自由表面条件的二维边界元计算方法的正确性。系列数值模拟结果表明,孤立波作用下浸没平板的上举力随相对板长的增大而增大,而向下的垂向力增大趋于一常数。与平底情况相比,浸没平板下的斜坡会使得垂向力增大。通过分析波形、流场速度分布以及板表面压强分布等角度分析了水动力载荷的变化机理。 展开更多

关键词 边界元 孤立波 浸没平板 波浪力 斜坡

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