冰-水-船耦合运动学特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51639004
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    288.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1102.船舶工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2021-12-31

项目摘要

With global warming, polar shipping and resource exploration are becoming more and more realizable. Markets and countries are both raising urgent demand on polar ships. Polar ships usually navigate in the mixed fluid flow of ice and water. Thus the core mechanical problem is the fully multi-media and multi-scale interaction among ice, water and ship. Previous study paid more attention on the collision between ship and ice, rather than the mixed flow of ice and water and the fully interaction model among ice, water and ship. In order to study dynamic characteristics of interaction between polar ships and mixed flow of ice and water, the theoretical derivation, numerical simulation and model tests have been combined and adopted in this project. Mechanical characteristics of ice, interaction between ice and ship as well as mixed flow of ice and water have been studied firstly. Considering different characteristics of ice, water and ship, DEM, SPH and FEM are adopted to simulate them, respectively. At the same time, the interfaces between these media are specially treated to exchange messages and keep continuity. On this basis, numerical model and method for the interaction among ice, water and ship have been explored by using the DEM-SPH-FEM. Model tests and field measurements have been also conducted. The model is then used in the kinematic analysis of polar ships. It is aimed to reveal fully multi-media interaction mechanism of ice, water and ship in different regions such as ice-covered water and mixed ice-water flow, in order to make a significant progress on the research of kinematic and dynamic analysis of polar ships in China.
随着全球变暖,极地航行和资源开发变得日益重要,市场和国家均对极地航行船舶提出了迫切需求。极地航行船舶通常航行于冰水混合域内,冰-水-船形成多介质多尺度的耦合运动学问题,是极地航行船舶的核心力学问题。以往研究多关注冰-船碰撞的强相互作用,对于冰-水耦合尤其是冰-水-船耦合模型考虑不足。本项目拟结合理论推导、数值模拟和物理实验等多种手段,研究海冰力学特性、冰-船相互作用和冰-水耦合模型等。针对冰、水、船不同介质的属性特性,分别采用DEM、SPH和FEM方法建立模型,同时合理地处理介质间交界面的数据交换和连续条件。在此基础上综合采用DEM-SPH-FEM方法开发一套冰-水-船耦合运动学分析模型和数值计算方法,并开展相关的模型实验和现场测量。将此模型应用于极地航行船舶的运动性能分析中,以揭示冰盖区域和碎冰区域内冰-水-船多介质多尺度的耦合机理,进而推动我国极地航行船舶冰水动力学研究取得突破性进步。

结项摘要

随着全球变暖,极地航行和资源开发变得日益重要,市场和国家均对极地航行船舶提出了迫切需求。极地航行船舶通常航行于冰水混合域内,冰、水、船形成多介质多尺度的耦合运动学问题,是极地航行船舶的核心力学问题。以往研究多关注冰-船碰撞的强相互作用,对于冰-水耦合尤其是冰-水-船耦合作用考虑不足。.本研究结合理论推导、数值模拟和物理试验等多种研究手段,研究了冰船作用力学特性、冰水耦合动力特性。针对冰船作用力学特性的研究,通过渤海湾现场测试获得了海冰变形和破坏的关键力学量,为后续数值模型的建立提供校准依据;借助“雪龙”极地运输船研究了冰排与船舶作用时的两种典型破坏方式:艏部的弯曲破坏和舯部的挤压破坏;作为冰区船舶推进作用中的关键科学问题,研究了冰与桨叶的作用机理。针对冰水耦合动力特性研究,分别研究了冰盖区层冰与水的耦合动力特性和碎冰区碎冰与水的耦合动力特性,以及近远场区域的冰水耦合匹配特性,同时借助模型试验验证了数值模型的合理性。本研究重点建立了冰-水-船耦合运动学数值模型,开发了基于DEM-SPH-FEM耦合算法的冰-水-船耦合作用数值计算程序,其中,采用精细离散元模型实现了海冰变形与破坏特征的模拟,采用同属拉格朗日粒子法的DEM和SPH方法实现了冰水之间耦合作用。最后,基于建立的冰-水-船耦合作用模型和算法分析了船舶直航时的冰阻力和冰水混合域内的回转特性,揭示了冰盖区域和碎冰区域内冰-水-船多介质多尺度的耦合机理。.本研究突破了海冰离散元精细模型建立及模型参数选取问题、近远场不同尺度冰水耦合匹配特性、冰-水-船耦合作用的多尺度、多介质数值方法等关键科学问题,研究成果可为后续冰区船舶冰载荷预报提供理论基础,可有效支撑我国冰区船舶的生产设计和安全运营。

项目成果

期刊论文数量(85)
专著数量(3)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(13)
专利数量(22)
A QSFDI based Laplacian discretisation for modelling wave-structure interaction using ISPH
基于 QSFDI 的拉普拉斯离散化,用于使用 ISPH 模拟波结构相互作用
  • DOI:
    10.1016/j.apor.2021.102954
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Applied Ocean Research
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Zhang Ningbo;Yan Shiqiang;Ma Qingwei;Zheng Xing
  • 通讯作者:
    Zheng Xing
Prediction of the dynamic pressure distribution on a propeller blade under ice milling
冰磨作用下螺旋桨叶片动压分布的预测
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2019.106284
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Ye L Y;Guo C Y;Wang C;Wang C H
  • 通讯作者:
    Wang C H
Studies on model-scale ice using micro-potential-based peridynamics
使用基于微势的近场动力学研究模型尺度的冰
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2020.108504
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Renwei Liu;Yanzhuo Xue;Duanfeng Han;Baoyu Ni
  • 通讯作者:
    Baoyu Ni
Comparative Study on Violent Sloshing with Water Jet Flows by Using the ISPH Method
利用ISPH方法对水射流剧烈晃动的比较研究
  • DOI:
    10.3390/w11122590
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Water
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Jiang Hua;You Yi;Hu Zhenhong;Zheng Xing;Ma Qingwei
  • 通讯作者:
    Ma Qingwei
Breaking characteristics of ice cover and dynamic ice load on upward-downward conical structure based on DEM simulations
基于DEM模拟的上下圆锥结构冰盖破裂特性及动冰荷载
  • DOI:
    10.1007/s40571-020-00331-8
  • 发表时间:
    2020-04-04
  • 期刊:
    COMPUTATIONAL PARTICLE MECHANICS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Long, Xue;Liu, Shewen;Ji, Shunying
  • 通讯作者:
    Ji, Shunying

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其他文献

竖轴潮流能水轮机偏角运动规律优化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    China Ocean Engineering
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    马勇;张亮;张之阳;韩端锋
  • 通讯作者:
    韩端锋
旁路分流 MIG 电弧熔钎焊接镁/钢异种金属接头特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    焊接学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苗玉刚;韩端锋;吴斌涛;等
  • 通讯作者:
漂浮式风-浪能混合利用系统运动模型数值分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    哈尔滨工程大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩端锋;丁松;马庆位
  • 通讯作者:
    马庆位
不锈钢旁路分流 MIG-TIG 双面电弧焊工艺特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    焊接学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苗玉刚;韩端锋;吴斌涛;等
  • 通讯作者:
Phase field simulation of the hexagonal ice crystal growth process
六方冰晶生长过程的相场模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    哈尔滨工程大学学报(英文版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩端锋;王永魁;鞠磊;王庆;王春阳
  • 通讯作者:
    王春阳

其他文献

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韩端锋的其他基金

冰区船舶低速航行下压力分布系统对破冰能力影响研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    15 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
加快建设海洋强国下海岸和海洋工程学科发展战略和学科布局研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    10 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
海洋工程中青年学术交流会议
  • 批准号:
    50849012
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    6.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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