超空泡体结构响应问题的有限元分析

超空泡体在水下高速航行时要受到冲击载荷的作用,这对其结构是不利的。用有限元方法分析计算了冲击载荷作用下超空泡体的结构响应,数值计算结果表明,超空泡体在一定频率下引起的结构响应非常显著,且随着频率的升高响应幅值有减小的趋势。     

尾空泡对水下航行体流体阻尼力影响数值计算分析

针对航行体尾空泡对流体阻尼力影响的问题,结合动坐标系技术和空泡多相流数值模拟方法,通过求解雷诺平均的纳维-斯托克斯方程组,进行阻尼力计算研究。试验数据对比结果表明,该方法具有较好的精度。数值计算研究表明,尾空泡会削弱航行体尾部压力的不对称性,使航行体尾部流体阻尼力减小。当尾空泡增加到一定尺寸时,流体阻尼力减小的幅度逐渐趋缓,同时尾空泡也改变了流体阻尼力随攻角的变化趋势。研究充分表明了航行体流体力设计中考虑尾空泡影响的必要性。     

尾空泡对水下航行体流体阻尼力影响数值研究

针对航行体尾空泡对流体阻尼力影响问题，结合动坐标系技术和空泡多相流数值模拟方法，通过求解雷诺平均的NS方程组，进行了阻尼力计算研究。通过与试验数据对比，表明该方法具有较好的精度。数值计算研究表明，尾空泡会削弱航行体尾部压力的不对称性，使航行体尾部流体阻尼力减小。当尾空泡增加到一定尺寸时，流体阻尼力减小幅度逐渐趋缓，同时尾空泡也改变了流体阻尼力随攻角的变化趋势。研究充分表明了航行体流体力设计中考虑尾空泡影响的必要性。     

超空泡航行体锥形空化器优化设计

分析比较超空泡外形计算的不同经验公式,结果表明Guzevsky模型具有较好的精度与适用范围。建立了以减小阻力、增大空化数、增加舱内容积为优化目标的超空泡航行体锥形空化器设计模型,以权重因子法和遗传算法求解了优化问题,验证性计算结果与已有文献吻合。研究了空化数、航行体长径比等因素对超空泡航行体空化器设计的影响规律,结果表明空化数是影响航行阻力的首要因素,空化数决定了超空泡长径比并使之与航行体外形匹配,通过优化设计能够在不增加阻力的情况下有效提升航行体舱内容积。     

超空泡水下航行体振动特性分析

用有限元方法分析了超空泡水下航行体的固有特性,计算了自由边界条件下超空泡航行体的振动特性,求出了固有频率和模态,并选取对其结构性能有重要影响的四类模态,即梁弯曲模态、呼吸模态、径向模态和轴向弯曲模态绘制了三维模态图.研究表明,超空泡水下航行体无阻尼自由振动的首阶模态为梁弯曲模态;呼吸模态发生的初始频率较高;径向模态发生的初始频率较低;轴向弯曲模态发生的频率比较集中,变形较为复杂.所得结果为今后开展进一步的超空泡航行体结构动力学研究提供了模型基础.     

壳间声桥刚度对双层圆柱壳声振耦合特性的影响

考虑实肋板的面内振动,建立了通过声桥耦合的双层圆柱壳声振模型,计算了双层圆柱壳在不同壳间连接刚度下的振声性能,分析了壳间声桥刚度对双层壳声振耦合特性的影响,得出了声桥耦合特性的主要控制频带.结果表明:壳间声桥刚度直接影响双层壳耦合方式;当实肋板刚度较大时,在低频,水层的耦合作用表现略强,在较高的频率范围,实肋板的耦合作用要大得多;当实肋板刚度较小,尤其是接近壳间流体的等效刚度时,壳间流体耦合作用较强,是主要的声传递通道,壳体辐射声功率较小,对减振降噪有利.在保证壳体刚度的情况下,尽量减小壳间连接刚度可有效降低壳体辐射噪声.     

超空泡航行体刚柔耦合动力响应有限元分析

考虑航行体大范围转动,根据哈密顿原理推导了超空泡航行体在一次近似模型变形下的刚柔耦合动力响应方程,定性分析了其与零次近似模型下方程的区别,并对方程进行了定量计算。结果表明:一次近似模型相比零次近似模型下的横向振动方程,刚度矩阵项增大;所推导方程能够用于定量分析和直观描述超空泡航行体刚柔耦合下的变形。     

潜艇耐压环肋圆柱壳结构可靠性分析

对潜艇耐压圆柱壳结构进行可靠性分析时,首先应研究结构的承载能力,并综合要求、能力两个方面,计算其失效概率和可靠度。在能力方面,本文讨论了５种主要失效模式：肋骨和壳板总体失稳、肋间壳失稳、肋骨屈服、肋间壳屈服和肋骨侧向失稳。考虑了初挠度、屈服应力、弹性模量等７个基本随机变量的影响。在要求方面,结构载荷以确定值处理。本文计算分析了３种艇型耐压圆柱壳结构的可靠性。     

不同锥-柱连接结构舱段力学特性对肋骨初挠度敏感度研究

为给不同锥-柱连接结构加工时的偏差控制提供参考,根据类圆柱壳结构肋骨初挠度测量经验,建立了数学模型描述单根肋骨初挠度沿周向的形态变化,并将其施加到有限元模型中;分析了锥-柱结合壳、厚板削斜过渡环以及锥-环-柱结合壳应力、舱段弹性失稳压力以及极限载荷对肋骨初挠度敏感度的差异。得到结论如下:锥-环-柱结合壳较锥-柱结合壳及厚板削斜过渡环,其内表面纵向应力抵抗肋骨初挠度不利影响的安全裕度更大;含锥-环-柱结合壳或厚板削斜过渡环的舱段弹性失稳压力对肋骨初挠度的敏感度相当;肋骨初挠度控制在规范允许上限值的3倍以内时,含不同凸型锥-柱连接结构舱段的极限载荷对肋骨初挠度均不敏感。     

带有损伤凹陷的环肋圆柱壳应力和稳定性分析

为探寻局部受损伤潜艇结构的承载能力,以出现较大损伤变形的环肋圆柱壳舱段结构为研究对象,"涡形凹陷"作为损伤变形的典型形状,运用MSC/NASTRAN软件计算了这种结构在静水外压作用下的应力分布和失稳临界压力。结果表明:带有损伤凹陷的环肋圆柱壳与完好状态环肋圆柱壳相比,最大应力值提高,失稳临界压力值下降,应力的改变对环肋圆柱壳承载能力的影响更大;相同凹陷幅度下,损伤凹陷中心在肋骨位置时,对圆柱壳应力状态和稳定性的影响最为恶劣。肋骨分别采用梁单元或壳单元两种建模方式时,得出的应力和失稳临界压力变化规律一致,采用梁单元建模得出的肋骨应力偏安全。     

超空泡航行体深度跟踪串级控制策略

针对空泡与航行体之间非线性滑行力导致的超空泡航行体稳定性问题,提出了基于圆判据理论和Nelder-Mead算法的超空泡航行体深度跟踪串级控制方法。介绍了超空泡航行体数学模型以及圆判据定理基础知识。结合模型特性推导了超空泡航行体串级误差状态方程,利用圆判据定理研究了内环绝对稳定性。通过Nelder-Mead算法对内环反馈参数进一步优化。仿真分析结果表明：所提控制方法便于反馈参数整定,可以充分利用超空泡航行体的控制量实现深度跟踪。     

无尾舵布局超空泡航行体弹道优化设计

给出了无尾舵布局超空泡航行体在纵垂面内的受力分析及运动方程,建立了变深度机动最优轨迹问题的数学模型。针对空泡扩张与收缩带来的延时效应,提出改进的延时型高斯伪谱法,利用所有高斯节点的运动状态插值获得整个运动过程的状态量,由此得到各个时刻的实时超空泡航行微分方程。通过计算各节点处运动方程约束,对其变深度机动轨迹进行数值求解,得到相应的优化弹道结果及控制策略。对给定布局方案的超空泡航行体下潜机动最优弹道问题进行求解,计算结果表明,采用空化器偏转控制策略,无尾舵布局超空泡航行体可满足运动稳定性与机动性要求,所提出的延时型高斯伪谱法能够处理超空泡航行弹道优化中的延时效应,具有较好的快速收敛性。     

考虑压缩性影响的超空泡流动数值计算

为了研究水下航行体航速接近水中声速时水的可压缩性对超空泡外形的影响,采用理想可压缩流体定常流动以及Riabouchinsky空化封闭模型,基于势流理论和有限体积方法,对绕圆盘空化器的超空泡流动进行了数值计算.计算时考虑到水的压缩性,水的状态方程采用Tait幂次率.提出了一种新的超空泡外形迭代方法并分析了流体压缩性对超空...     

加过渡环的锥柱组合旋转壳的有限元应力分析与比较

对旋转组合壳体在轴对称静载荷作用下的强度计算,采用了性能良好的三节点曲线壳元,并采用整体坐标下位移和转角各自独立的插值函数推导有限元列式和编制计算机程序。经算例验证表明,上述单元和算法具有单元划分少、精度高、收敛性好的优点。对锥-锥-柱、锥-环-柱、锥-环-锥-环-柱等组合壳过渡区域最大弯矩值和应力值随结构参数变化情况进行了广泛的计算和对比分析,得出了一些有重要工程意义的新结论。     

基于混合变量传递函数方法的圆柱壳屈曲分析

提出了一种分析正交各向异性圆柱壳和阶梯圆柱壳稳定性问题的混合变量传递函数方法。首先在壳体环向利用三角级数对位移变量进行展开 ,利用Fl櫣ｇｇｅ薄壳理论和变分原理 ,建立圆柱壳的平衡方程 ,找出对偶力变量 ,将平衡方程写成混合变量形式 ;通过定义混合状态变量 ,建立了系统的状态空间方程 ;然后利用传递函数方法 ,得到了具有任何轴对称边界条件轴压圆柱壳屈曲问题的解析解 ;最后通过位移连续和力平衡条件 ,得到了阶梯圆柱壳屈曲问题的解。理论解推导过程表明此方法在引入边界条件和进行阶梯圆柱壳求解时非常方便。算例分析的结果验证了本方法的正确性     

复合材料层合圆柱壳的动力响应与层间应力

采用分层壳理论和厚度方向的二次插值函数推导出正交铺设层合圆柱壳的动力响应方程,并得出简支层合圆柱壳自由振动问题的解.对于给定算例,计算出的自振频率与三维分析的结果吻合良好,说明所推导的二维解具有足够精度.计算了前四阶模态对应的壳中应力.计算结果说明,对于高阶模态,层间应力相对于面内应力的比值远高于低阶模态的对应比值,高的层间正应力是高阶模态导致脱层破坏的主要原因.     

基于图像分析的弹丸“出膛时刻”检测算法

现代高炮武器系统在对红外目标进行连续性高炮射击时,首发弹丸的尾焰会对红外观测系统造成严重干扰,会导致红外观测系统短时间内无法观测到目标位置,带来后续弹丸无法精确打击目标等问题。利用红外图像分析技术通过对弹丸出膛时的红外图像特征进行分析,提出了一种基于红外图像分析的弹丸出膛时刻检测算法,从而相对精确地测定出首发弹丸的出膛时刻,为更精确测定弹飞时间和提高武器系统的命中率提供了理论依据和方法支撑。实验结果表明:提出的算法能够相对精确地测定弹丸出膛时刻,算法具有一定的可行性和有效性。