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当期目录

    2011年, 第45卷, 第04期 刊出日期:2011-04-29 上一期    下一期
    交通运输
    导管架平台浮托法安装的数值模拟与模型试验
    许鑫, 杨建民, 吕海宁
    2011,45 (04):  439-445. 
    摘要 ( 5313 )  
    以一座导管架平台实际安装为例,分别使用数值计算和模型试验的方法对浮托法安装进行了系统的研究.对整个浮托安装过程仔细剖析,选出具有代表性的工况,分别从频域和时域两方面分析.分析结果表明,数值计算与模型试验结果吻合良好,数值模拟方法具有较高的可靠性.在所考虑的海况条件下,驳船与上部模块运动符合要求,各种装置上受力均在允许范围内,可以进行安装作业.
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    盾构隧道壁后注浆体固结变形特性试验研究
    袁小会, 韩月旺, 钟小春
    2011,45 (04):  446-450. 
    摘要 ( 4455 )  
     为了研究浆液在盾尾空隙中的固结变形特性,采用自制的壁后注浆体固结变形试验装置,对不同注浆材料、不同固结压力、不同土质条件和地下水压力条件下的浆液固结变形特性进行了试验研究.结果表明:随固结压力的增大,浆液的固结变形速率加快,最终的变形量也相应增大,且浆液的固结应变处于4%~12%;在砂土条件下的固结变形速率要远快于黏土条件,在砂土条件下1 h内变形即可趋于稳定,而黏土条件则需要5~6 h;随地下水压力的增大,浆液的排水速率减缓,最终的固结变形量也相应减小.
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    气垫车辆土壤参数估值算法
    许烁, 喻凡, 罗哲, Pham D T, 纪赜
    2011,45 (04):  451-456. 
    摘要 ( 3556 )  
    针对气垫车辆具有附加的垂向力控制自由度的特点,提出了基于g函数和扩展卡尔曼滤波器(EKF)联合算法的土壤参数估值方案.g函数通过解耦土壤参数解决了多解问题,EKF通过减小测量不确定度提高了估值准确性.通过不同噪声水平下算法准确性和大噪声重复实验下算法稳定性的实验表明:g-EKF联合算法在各种噪声水平下具有应用鲁棒性,特别是在大噪声工况下,其估值准确性、精确性和稳定性具有明显优势.
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    基于子空间方法的车辆稳态操纵性模型辨识
    管西强, 袁明, 张建武
    2011,45 (04):  457-463. 
    摘要 ( 3490 )  
    基于子空间辨识方法,对稳态操纵工况下的车辆动力学模型进行辨识.根据子空间算法的假设条件,构建了3自由度车辆模型,并进行系统的可辨识性论证,确定了相应的辨识模型结构.采用方向盘角阶跃输入转向回正性能试验数据进行车辆模型的辨识.辨识模型的验证采用相同车速下的实车蛇形试验数据,分别在时域和频域进行辨识和试验对比.结果显示,两者基本吻合,子空间算法能够很好地适用于线性车辆操纵动力学模型的辨识.
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    麦弗逊悬架侧载弹簧多目标优化方法
    柳江, 王玉顺, 喻凡
    2011,45 (04):  464-469. 
    摘要 ( 4856 )  
    针对麦弗逊式悬架系统中采用的新型不等曲率弯曲螺旋弹簧,以降低麦弗逊悬架减振器的侧载、改善悬架系统综合性能,并降低弹簧元件的生产成本为主 要目标,在侧载弹簧理论研究的基础上,结合内点罚函数法、车辆系统动力学仿真和有限元分析,提出一种基于虚拟样机技术的多目标优化设计方法.以某国产小型轿车为例,对这种螺旋弹簧结构参数进行优化设计,并进行了车辆系统动力学仿真、弹簧台架试验和整车强化路谱试验.结果表明,该优化设计方法能使弹簧材料节省2.71%,减振器侧载降低至近似为零,车身加速度功率谱密度第一共振峰幅值降低约24.37%.
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    三体船波浪载荷与片体布局优化
    徐敏, 张世联
    2011,45 (04):  470-474. 
    摘要 ( 3902 )  
    由于三体船片体与主体的相互干扰,不同片体布局将对三体船受到的波浪载荷产生显著的影响.利用比二维切片理论更加合适的三维势流理论,并结合格林函数法,求得在不同航速、浪向角以及不同的片体纵横向布局时特定船体剖面上的波浪载荷响应,包括波浪垂向弯矩和剪力.用波谱分析法对计算结果进行比较,得到了三体船在不同航速、不同片体布局下波浪载荷的分布规律,以及三体船所受波浪载荷较小的片体布局.
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    排水型深V船系列模型尾板减阻试验研究
    郑义, 董文才, 姚朝帮
    2011,45 (04):  475-480. 
    摘要 ( 5764 )  
     针对千吨级排水型深V船减阻节能的需要,开展小系列深V船尾板减阻试验研究.尾板长度变化范围为(0.010~0.023)Lwl,尾板下反角为3°~10°,试验速度区间为Fr=0.15~0.52.基于试验数据,综合分析了航速、尾板长度及下反角等参数变化对减阻效果及船体航行纵倾的影响规律,获得了优良减阻效果的尾板设计参数及适用航速范围.
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    船用柴油机减压阀静态特性建模及仿真
    文学栋, 贺国, 徐百汇
    2011,45 (04):  481-485. 
    摘要 ( 5076 )  
    研制了一种可正、反双向安装的某型船用柴油机气体减压阀,采用阀瓣大端作为压力反馈部件,输出压力在1.3~1.5 MPa内可连续可调.通过建立考虑非线性因素——摩擦力和流体流动作用力的减压阀静态特性数学模型,对影响减压阀压力特性的阀瓣大端直径、弹簧刚度以及阀座倾角进行了仿真研究.构建了减压阀性能测试装置,并进行了相关试验.仿真与试验结果表明,考虑非线性因素的仿真模型能较好地预报减压阀静态性能,所研制的减压阀能够满足使用要求.
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    融合升力线理论和雷诺时均模拟在螺旋桨设计和
    水动力性能预报中的应用
    杨琼方, 王永生, 黄斌, 刘登成
    2011,45 (04):  486-493. 
    摘要 ( 5031 )  
    同时采用Lerbs非最优螺旋桨理论和Epps最佳环量分布理论,将螺旋桨升力线方法由初始设计应用扩展到敝水性能预报,对DTMB 4119、4381、4382和4497这4个螺旋桨的敞水性能曲线进行了预报分析.针对升力线方法在中度负载区间的适用限制和无法在黏性流场中考虑桨叶空化性能的缺陷,进一步将Epps方法与雷诺时均(RANS)模拟相结合,可明显提高低、高负载区间的敞水性能预报精度.Epps方法预报精度要高于Lerbs方法,能够满足工程初始分析需求.随着远离设计工况点(低、高进速系数)其预报误差变大,桨叶侧斜程度和纵倾存在也会增大预报误差.RANS模拟时桨叶切面型值由升力线方法提供,桨叶几何和六面体网格划分均采用程式化操作实现.在分析网格因素影响后,所得推力和力矩系数以及压力系数分布均匀与实验值吻合较好.在RANS模拟中加入混合物均相流空化模型后,可定量得出桨叶梢涡涡束在一定距离内的螺旋轨迹.结合桨叶最大负载截面的空化斗性能和梢涡涡束最小压力点幅值,可相对判定桨叶空化性能.构建了基于水动力性能评价的螺旋桨参数化设计和非空化与空化性能预报的数值平台.
     
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    五体船侧体布局对纵向运动性能的影响
    陈震, 文俊华
    2011,45 (04):  494-500. 
    摘要 ( 4226 )  
     针对五体船前后侧体的不同位置,分析了侧体布局对五体船纵向运动的影响.采用Rankine面元法计算了五体船在规则波中前后侧体12种布置方案下的纵向运动响应RAO,分析了前后侧体纵向、垂向位置变化对船体运动的影响规律.考虑非线性因素,在非规则波中计算了五体船运动响应时历,比较了高、低航速时侧体位置变化对运动响应有义值的影响特点.分析结果表明:五体船前后侧体布局对运动的影响与航速密切相关,后侧体在低航速时靠近船中布置、高航速时靠近船尾布置更有利于减小船体垂荡运动;通过降低前侧体垂向高度和靠近船首布置有利于减小五体船垂荡和纵摇运动.
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    基于支持向量回归机的船舶操纵响应模型辨识
    张心光, 邹早建
    2011,45 (04):  501-504. 
    摘要 ( 4271 )  
    通过对自航模变形Z形试验舵角与转艏角速度数据的分析,应用最小二乘支持向量回归机(Least SquareSupport Vector Regression,LSSVR)辨识了船舶操纵运动响应模型中的操纵性指数,并用回归得到的响应模型进行了变形Z形试验的数值模拟.通过将首向角和转艏角速度的预报结果与自航模试验数据进行比较,结果验证了该方法的有效性.
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    水下航行器大侧斜对转桨设计方法改进
    张涛, 宋保维, 杨晨俊
    2011,45 (04):  505-509. 
    摘要 ( 4030 )  
     研究基于升力线和升力面理论的对转桨设计方法,对升力面设计的核心部分——螺距和拱弧面的迭代计算方法进行了改进,建立了一套较为高效、准确的大侧斜对转桨设计程序.设计算例及其数值验证结果表明:改进的设计计算方法不仅提高了计算效率,而且能够有效保证设计结果的光顺性;设计方法具有较好的精度,可应用于大侧斜对转桨的设计.
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    改进的交通分配起点用户均衡算法
    张天然
    2011,45 (04):  510-516. 
    摘要 ( 4806 )  
    对起点用户均衡算法的流量转移、起点限制子网(Bush)的更新、成本更新策略及计算流程等关键问题进行了分析改进.探讨了Bush的最长和最短路径对查找方法,提出了流量转移的步长搜索方法及加速算法收敛的Bush更新方法.该方法优化了适合多线程开发的算法流程,并用不同规模的城市交通网络模型对算法进行效率测试和与其他算法进行对比.结果表明,该算法效率有较大的提高,可满足大规模城市交通网络模型计算速度和精度的要求.
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    建筑科学
    某大型机场航站楼结构风载体型系数的数值模拟
    陈祥侨, 涂佳黄, 周岱, 朱忠义, 秦凯
    2011,45 (04):  517-522. 
    摘要 ( 4779 )  
    以昆明新机场航站楼工程为背景,基于Fluent软件建立计算模型,采用标准kε 湍流模型,数值模拟结构表面风场风压,并与风洞试验结果对比,获取结构风载体型系数.分析了不同风向角下屋面风载体型系数的分布和产生机理.计算结果表明:计算流体动力学(CFD)数值模拟方法可以较为准确地反映结构表面实际风压的分布规律,但数值方法结果比风洞试验结果的绝对值略偏大;在不同风向角时,屋面风载体型系数变化较大.根据当地风环境条件数值计算并经比较分析而获得的最不利风压分布,可应用于工程抗风的初步设计.
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    索网结构找形平衡形态弹性化与零应力态分析
    陈务军, 张丽梅, 董石麟
    2011,45 (04):  523-527. 
    摘要 ( 4905 )  
    提出了索网分析全过程的6个状态:初始几何态、找形平衡态、弹性平衡态、零应力态、预应力态、荷载态,5个分析过程:找形分析、弹性化分析、预应力分析、逆分析、荷载分析,阐述了各状态参数,论述了各分析过程数学模型.结果表明:索网理想零应力态一般不存在,在结构分析中可采用近似假设零应力态;根据弹性平衡态,采用逆分析法可得到合理近似零应力态.另外,介绍了ANSYS/EASY软件索网分析过程和方法,比较了两者零应力态的数学模型.最后,通过2个索网算例,验证了不同零应力态在预应力分析后的平衡预应力态的较大差异.
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    基于等稳定水准的中厚板加劲肋优化设计
    程斌, 赵金城, 肖汝诚
    2011,45 (04):  528-533. 
    摘要 ( 4034 )  
    在柔性加劲理论的基础上,以单轴均匀受压板件为对象,利用小刚度加劲厚板极限强度公式,提出了基于等稳定水准的中厚板加劲肋优化设计的具体方法.优化过程以加劲肋尺寸和数量为决策变量,以单位重量母板的加劲肋用钢量为目标函数,并以加劲板发生整体失稳破坏、肋间母板和加劲肋不发生局部屈曲、加劲板极限强度满足设计要求等作为约束条件.优化工作采用有约束混合整数非线性规划和有约束非线性规划理论,并结合MATLAB和YALMIP优化工具箱进行.算例分析表明,对中厚板采用基于等稳定水准的加劲肋优化设计是安全可行的.在满足相同的加劲板极限强度需求条件下,给出的加劲肋布置形式具有比刚性加劲设计更好的工程经济效益,且板件宽厚比越小,加劲肋用钢量的节约效果就越明显.
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    混合模型方法在超大规模输水隧道中的应用
    杨颜志, 金先龙, 顾赟, 乔宗昭, 杨志豪
    2011,45 (04):  534-538. 
    摘要 ( 3408 )  
    针对某在建超大规模输水隧道,提出了混合模型方法.该方法将局部仿真直接包含在整体仿真中,避免了局部模型分离带来的误差,并且实现了整体仿真与局部仿真的同步.利用显式算法和相关技术,通过实际计算应用,证明了该仿真方法的可行性.
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    台湾地区执行统包工程衍生问题的分析
    王丹绮, 王隆昌
    2011,45 (04):  539-546. 
    摘要 ( 2967 )  
    应用分析网络程序法(Analytic Network Process,ANP),分析台湾地区公共工程执行统包时,在角色定位、合同订定、作业程序和资金亏损等层面下共12项关键因子的影响程度.结果表明:以请款延误影响程度最大,比重为15.62%;其次是潜在风险,比重为11.14%;施工队施工质量责任影响程度最小,比重为10.79%.
     
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    深基坑开挖与土钉支护三维数值分析
    丁勇春, 周顺新, 王建华
    2011,45 (04):  547-552.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2011.04.019
    摘要 ( 4866 )   HTML ( 328 )   PDF(1058KB) ( 1080 )  

    为探讨土钉支护基坑的变形特性与荷载传递机理,结合土钉支护的施工特点,采用FLAC 3D建立了考虑分步开挖与土钉支护的基坑计算模型,分析了基坑侧向变形、土体剪应变增量及土钉轴力传递特性.结果表明:逐级放坡开挖基坑的最大侧向变形深度位于下部斜坡,阳角是平面内变形的不利位置,放坡平台对于控制基坑变形具有积极作用;拉伸破坏与剪切破坏是坡面破坏的主要形式,采用剪应变增量可以直观判断基坑边坡滑动面的变化规律,土钉加固作用使滑动面有向土钉末端移动的变化趋势;土钉轴力沿长度分布与土钉深度位置相关,一般呈现中间大两端小的特点,土钉轴力最大值位置与潜在滑动面位置基本一致.

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    建筑科学
    大理岩II型断裂规律试验及数值模拟分析
    邱一平1, 戚靖骅1, 吴雪萍1, 陈雷2
    2011,45 (04):  553-560. 
    摘要 ( 3639 )  
     通过对预制裂纹的大理石矩形板的剪切试验,分析了加载方式和预制裂纹的几何参量a/w对岩板产生II型断裂模式的影响.当a/w<0.30时,岩板在2种加载方式下均能沿预制裂纹尖端连线发生II型剪切断裂;当a/w>0.30时,岩板的断裂模式以I型张拉裂纹为主.通过有限元计算所得岩板内部状态参量的分布规律,利用最小二乘法对计算所得的KII因子进行多项式拟合,建立相应边界条件下几何修正函数,并通过试验计算断裂韧度KIIC.最后,利用辅助劈裂试验,验证了a/w对岩板II型断裂的影响的实质是由于岩板的预制裂纹外部的岩石优先开始发生劈裂.
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    一种压力补偿阀的建模及稳定性分析
    贾文华 , 殷晨波
    2011,45 (04):  561-564. 
    摘要 ( 5409 )  
    分析了一种具有负载传感功能的压力补偿阀芯的受力情况.对腔内流体运用动量守恒定理建立数学模型,并利用泰勒级数展开式使其线性化.建立阀芯的运动微分方程,由RouthHurwitz稳定判据给出了稳定条件,并分析了特征参数对阀性能的影响.数值模拟阀腔内流体流动的结果表明:阀腔底部区域的压力可以看作是一个恒定值,而不是位移的函数.集成运用Visual Basic和Matlab分析了压力流量增益系数、动量变化等对稳定性的影响.仿真和实验结果表明,若使液压系统实现全功率平稳控制,则需要合理选用弹簧刚度和合理设计补偿阀口的开口幅度.
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    海洋工程
    近海风电机组单桩式支撑结构疲劳分析
    莫继华, 何炎平, 李勇刚, 张二虎
    2011,45 (04):  565-569. 
    摘要 ( 5615 )  
    用WAsP分析风场数据得到风速的分布情况,统计各工况的风、浪、流等环境参数.基于支撑结构所受的疲劳载荷,用ABAQUS对结构建模并通过振型叠加法求出应力响应的时间历程.根据S-N曲线、雨流计数法以及线性累积损伤理论,用Fe-safe计算出支撑结构的疲劳寿命并分析各种载荷对结构疲劳寿命的影响.结果表明:支撑结构的疲劳寿命满足要求;风机载荷是结构疲劳的主要影响因素,合理的发电机控制策略有助于提高结构的疲劳寿命.以风向和10 min平均风速为依据划分工况的方法可为海上风力发电结构的疲劳分析提供参考.
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    水下拖曳系统缆–船耦合运动模拟
    王飞1, 黄国樑2, 伍生春1
    2011,45 (04):  570-575. 
    摘要 ( 4602 )  
    为进一步提高水下拖曳系统在不同情况下的预报精度,将水面拖船和水下拖缆视为一个相互影响的整体进行考虑,计入缆–船耦合影响及拖船自身机动影响,采用数值仿真方法探讨整个系统在桨、舵操纵等机动情况下的运动响应特征.采用经典的MMG模型和集中质量法分别描述水面母船的操纵运动和水下拖缆的动态运动,在此基础上建立船–缆耦合运动及动力边界条件将其耦合起来以形成整个系统的运动数学模型,并采用四阶龙格库塔方法积分求解.通过对比仿真计算分析了包括水面拖船在内的整个系统在各种情况下的运动响应.结果显示:当计入船缆耦合影响后,系统的速度和回转性能有所降低;水下拖缆在系统机动过程中因计入水面拖船而自身运动的影响也会表现出更为符合实际的运动特性.
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    灾害性海洋环境下深水立管结构可靠性研究
    陈昌松, 薛鸿祥, 唐文勇, 胡志强
    2011,45 (04):  576-580. 
    摘要 ( 3726 )  
    针对南海深水海域可能出现的灾害性海况条件,基于先进的深海浮式平台系统时域耦合分析和立管结构有限元动力响应计算的结果,采用广义极值理论,通过对非线性随机动力响应结果的数值拟合,研究了灾害环境下载荷概率模型的构建方法.基于结构可靠性技术,分析了立管构件的屈服极限状态,并进行了立管系统失效概率的求解及随机变量敏感性分析.结果表明,所提出的方法能充分考虑了深海平台系统的耦合效应,可以为灾害性海况下深水立管的可靠性评估提供有益的参考.
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
     二级深拖系统的瞬态仿真及升沉补偿
    裴轶群, 李英辉
    2011,45 (04):  581-584. 
    摘要 ( 4128 )  
     采用集中质量法建立缆绳动力学模型,在给出边界条件和初始条件后,利用龙格库塔算法对二阶偏微分方程组进行数值分析,并对缆绳运动进行仿真.结果表明:系统动态稳定存在,二级拖体升沉补偿效果良好.
     
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    基于海床吸力和刚度衰减模型的深海钢悬链线立管动力响应分析
    王坤鹏, 薛鸿祥, 唐文勇
    2011,45 (04):  585-589. 
    摘要 ( 5317 )  
    运用ABAQUS创建触地单元,将立管海床作用的模拟简化为3种模型:线性刚度、线性截断、线性截断并考虑海床吸力和刚度衰减.将浮体垂向运动作为立管顶端边界输入,并对3种简化模型进行了计算比较.结果表明:考虑立管海床分离以及吸力效应对计算结果的影响很大;考虑吸力效应时,在立管和海床分离的阶段会有较多的疲劳应力循环.第③类触地单元较好地反映了吸力的产生和释放过程,其包含的海床刚度衰减模型也给出了令人满意的结果.
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    上海南汇嘴控制工程波浪潮流数学模型
    朱志夏1, 李蓓2
    2011,45 (04):  590-596. 
    摘要 ( 4155 )  
    上海南汇嘴控制工程位于长江口和杭州湾交汇的南汇边滩,是上海市滩涂资源开发利用的重点工程.该海域受径流、强潮和波浪的相互影响,对控制工程的成败起着重要的作用.应用波浪作用下二维潮流数学模型和第3代近岸海浪模式SWAN,建立了二维波浪潮流数学模型.根据2006年8月大潮实测水文资料和大戢山站1979~1998年和杨梅嘴站1997年8月~2001年7月实测波浪资料,对模型进行了全面的验证.结果表明,数值模拟海域潮位和定点垂线流速、流向、波高的计算值与实测值吻合良好.重点研究了圈围工程对附近的长江口南槽、杭州湾北岸、东海大桥、天然液化气管线南汇登陆点及洋山深水港区的水流及波浪的影响和变化.
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    基 于 悬 链 线 理 论 的 系 泊 系 统 势 能
    袁梦, 范菊, 朱仁传, 缪国平
    2011,45 (04):  597-603. 
    摘要 ( 3739 )  
     为研究系泊系统在定位过程中的势能变化,使用悬链线公式,推导了3种常见系泊方式系缆的构形及张力分布.分析了下端点固定的单根锚泊线的重力势能和弹性势能随上端点位置的变化情况,对比了势能间接求导所得的水平张力与直接计算所得的水平张力,发现两者吻合良好,符合能量守恒定律,验证了势能计算结果的准确性.针对系泊系统由9根复合缆组成的深水平台,分析了其系泊系统势能随浮体水平位置的变化情况,比较了各浪向上的位移与回复力关系,发现其系泊性能在各个浪向上接近,对环境适应能力强.针对系泊系统破损的工况,计算得到了系泊系统势能分布图以及各浪向上的位移与回复力关系,发现使用势能分布法能全面有效地反映系泊系统的各个方向性能,具有重要的工程参考价值.
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    航空、航天
    梢涡对拍动平板升力性能的影响
    于宪钊, 苏玉民, 李鑫
    2011,45 (04):  604-608. 
    摘要 ( 3180 )  
    采用有限体积法求解黏性Navier-Stokes方程,以动网格方法基于弹簧变形原理结合拉普拉斯网格重绘方法光顺网格,分析了Re=100时2-D、3-D拍动平板的升力、阻力性能以及尾流场,并采用并行计算求解3-D问题以节省计算时间.通过计算旋转同步、滞后2种拍动模式下平板升力性能,以及拍板运动过程中流场压力分布的变化,探讨梢涡对拍板升力性能的影响.计算结果表明,在旋转滞后模式下梢涡使拍板的升力系数有较大增加,而旋转同步模式下仅使拍板的升力系数稍有增加,说明梢涡对拍板升力性能的影响与拍板运动参数有重要关系.
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