带式舟桥水阻力理论计算方法.pdf
《带式舟桥水阻力理论计算方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《带式舟桥水阻力理论计算方法.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 第2卷 第5期V o l.2 N o.5 2 0 2 3年1 0月 J o u r n a l o f A r m y E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y o f P L A O c t.2 0 2 3带式舟桥水阻力理论计算方法丁 勇1,陈 赣2,文 攀1,艾鹏程1(1.陆军研究院,江苏 无锡 2 1 4 0 3 5;2.陆军装备部,北京 1 0 0 0 7 2)摘要:针对带式舟桥现有水阻力计算公式存在理论值与试验值误差较大的问题,采用数据统计分析的方法,通过对带式舟桥门桥水阻力模型历史试验数据进行回归分析,调整并完善了现有计算公式中关于阻力系
2、数的取值规定;通过运用有限元数值仿真分析的方法,揭示了带式舟桥吃水较小时航速对门桥的水阻力影响更大的作用机理,确定了公式中计算航速的指数与吃水深度的函数关系,建立了修正的水阻力计算公式。模型试验和仿真计算数据验证表明,修正的理论计算公式能够更好地预测门桥在各种工况下的水阻力值,可用于带式舟桥设计过程中的水阻力计算。关键词:带式舟桥;水阻力;模型试验;理论计算 中图分类号:U 6 6 2.2D O I:1 0.1 2 0 1 8/j.i s s n.2 0 9 7-0 7 3 0.2 0 2 2 0 9 2 6 0 0 1T h e o r e t i c a l C a l c u l a t
3、 i o n M e t h o d o f W a t e r R e s i s t a n c e o f R i b b o n B r i d g e D I NG Y o n g1,CHE N G a n2,WE N P a n1,A I P e n g c h e n g1(1.A r m y A c a d e m y,W u x i 2 1 4 0 3 5,C h i n a;2.A r m y E q u i p m e n t D e p a r t m e n t,B e i j i n g 1 0 0 0 7 2,C h i n a)A b s t r a c t:I
4、 n o r d e r t o a d d r e s s t h e e x i s t i n g e r r o r o f t h e r i b b o n b r i d g e w a t e r r e s i s t a n c e b e t w e e n v a l u e s f r o m t e s t s a n d v a l u e s f r o m t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n,t h e v a l u e o f r e s i s t a n c e c o e f f i c i e n
5、 t i n t h e e x i s t i n g c a l c u l a-t i o n f o r m u l a i s a d j u s t e d a n d i m p r o v e d b y s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f d a t a a n d r e g r e s s i o n a n a l y s i s o f r i b b o n b r i d g e m o d e l t e s t r e s u l t s.W i t h t h e C o m p u t a t i o n a
6、 l F l u i d D y n a m i c s(C F D),t h i s s t u d y r e v e a l s t h a t t h e s p e e d o f t h e r i b b o n b r i d g e h a s a g r e a t e r i m p a c t o n t h e w a t e r r e s i s t a n c e w h e n t h e d r a f t i s s m a l l.T h e r e l a t i o n s h i p b e-t w e e n t h e i n d e x o
7、f s p e e d a n d d r a f t i n t h e f o r m u l a i s d e t e r m i n e d,a n d t h e m o d i f i e d w a t e r r e s i s t a n c e c a l c u l a-t i o n f o r m u l a i s e s t a b l i s h e d.T h e m o d e l t e s t a n d C F D s h o w t h a t t h e m o d i f i e d w a t e r r e s i s t a n c e
8、c a l c u l a t i o n f o r m u l a c a n m o r e a c c u r a t e l y p r e d i c t t h e w a t e r r e s i s t a n c e o f t h e r a f t o f p o n t o o n s u n d e r v a r i o u s c o n d i t i o n s,w h i c h c a n b e u s e d t o c a l c u l a t e t h e w a t e r r e s i s t a n c e o f r i b b
9、o n b r i d g e s.K e y w o r d s:r i b b o n b r i d g e;w a t e r r e s i s t a n c e;m o d e l t e s t;t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n 收稿日期:2 0 2 2-0 9-2 6基金项目:军内科研项目(L J 2 0 1 8 2 C 0 2 0 0 5 0)。第一作者(通信作者):丁 勇,博士,工程师,主要研究渡河桥梁装备技术。带式舟桥具有结构简单、操作简便、使用灵活等优点1,广泛应用于军事行动、抢险救灾等工程领域。学者们对带式舟桥的
10、不同性能开展了广泛深入的研究。王建平等2-3采用模块化理论对带式舟桥的模块化设计开展了研究,解决了带式舟桥设计中模块划分问题;F u等4-6对移动荷载作用下带式浮桥的非线性水弹性进行了系统研究,得出通载速度对带 式 浮 桥 动 力 响 应 影 响 加 大 的 结 论;N a m a e e等7通过对大量经验数据的拟合,得出水阻力经验公式;S u n等8对带式浮桥在规则波作用下的非线性水弹性响应进行了相关试验研究;Z h a n g等9对不同水深条件下带式浮桥在移动荷载作用下的分析模型进行了研究,得出水深对带式浮桥动力响应影响不大的结论。水阻力是带式舟桥水力性能的重要内容,是门桥顶推动力匹配设计
11、与浮桥锚定设计需要重点考虑的因素1 0。相较于民用船舶,带式舟桥的长宽比、纵向刚度都更小,其水阻力性能也具有自身的特性。现有研究大多聚焦在带式舟桥的动力响应方面4-9,水阻力计算主要还是采用半经验公式1 0,存在理论计算值与试验实测值相差较大的问题。为了得出适用范围更广、预测相对更准的水阻力理论计算公式,方便带式舟桥设计,通过模型试验、数值模拟和理论推导的方法,修正了水阻力现有计算公式中的阻力系数,揭示并验证了带式舟桥水阻力计算公式中计算航速的指数值与吃水深度相关的机理,建立了带式舟桥的水阻力理论计算修正公式,结果与试验实测和模拟计算吻合较好。1 现有理论计算方法水动力合力的水平分力,称为水阻
12、力,它在门桥航行或浮桥被绕流时产生。水阻力由摩擦阻力、兴波阻力和附体阻力等一系列物理作用力综合决定。确定阻力各分力值的方法,现有研究尚未完善。在实践中,通常是确定门桥运动或水流绕流浮桥时水的总阻力。总阻力同一系列水力因素和结构因素有着复杂的函数关系。在舟桥结构设计中,总阻力(R)计算表达式通常为R=Cv22M(1)式中:为水的密度;v为计算流速;M为浸水部分的最大横断面面积;C为无量纲的阻力系数。阻力系数C通常用几个系数的乘积来表示,其中每一个系数反映一定的因素影响。这些因素对水阻力值的影响是极重要的。阻力系数C可表示为C=C0C1Ch(2)式中:C0为水流无限深时孤立的浮游桥脚的阻力系数,主
13、要与浮游桥脚的形状及其基本尺寸之比有关;C1为考虑跨度的阻力系数,主要与跨度与桥脚宽度之比有关;Ch为考虑浅水影响的阻力系数,主要与水的相对深度有关;三者的具体取值参照文献1 0。2 水阻力模型试验在研制7 9带式舟桥过程中,开展了多次实桥和模型的水阻力测试和水动力稳定性试验。通过4种(A、B、C、D)不同线型门桥模型的水力性能试验,选择并确定最终线型。试验采用11 0缩尺模型,按设计荷载(门桥4 0 t、浮桥5 0 t)制作荷载模型。表1所列为由实测模型阻力换算后的实船阻力数据,按门桥阻力与模型阻力成3关系进行换算。试验基于4种门桥结构共计8个试验工况,如表2所示。表1 换算后的门桥实船水阻
14、力试验值k N试验地点航速/(k mh-1)A型B型C型D型交大水池52.3 02.3 61.9 92.5 963.0 63.2 02.7 73.5 274.1 74.2 13.8 04.7 785.5 55.6 05.1 06.2 597.4 07.3 56.7 88.2 61 01 0.1 09.9 09.0 81 0.8 0青山水槽42.0 11.9 81.6 32.2 552.9 52.9 32.5 63.2 064.1 54.1 23.7 54.5 075.7 55.5 55.0 96.1 087.9 07.7 66.9 78.4 591 1.3 69.7 61 2.4 5表2 试验
15、工况表序号试验工况模型质量/k g载荷质量/k g模型吃水/c m1S-K2 3.0 401.8 72S-M2 3.0 46 05.9 03D-K2 3.1 601.8 74D-M2 3.1 66 05.9 05F-K2 3.1 001.8 76F-M2 3.1 06 05.9 07B-K4 6.0 801.8 78B-M4 6.0 81 2 05.9 0 注:S代表标准三舟门桥,D代表带动水板,F代表带防浪板,B代表大面积门桥;K代表空载,M代表满载。试验在中船七二所拖曳水池实验室中完成,试验中采用负加载机构准确实现模型空载质量,采取模型中心点牵引和舟艏导向相结合的方式,确保拖曳的直航。试验
16、重点对吃水深度、动水板外伸长度、防浪板高度与安装角度等因素对门桥模型的水阻力影响规律进行了分析。表3所列为不同工况下模型试验换算后的门桥水阻力试验值(D-K、D-M、F-K、F-M工况数据在本研究中未列出)。表3 不同工况下换算后的门桥水阻力试验值k N航速/(k mh-1)S-KS-MB-KB-M3.40.8 42.0 91.2 11.8 24.61.2 92.9 21.8 63.0 6 5.71.7 54.0 12.8 24.7 56.82.4 15.2 44.1 06.7 78.03.4 66.8 45.6 59.3 29.14.7 99.1 17.6 71 2.4 21 0.27.0
17、01 2.9 41 0.0 11 6.3 51 1.41 0.4 01 3.2 82 1.9 11 2.5 1 5.0 31 7.3 11 3.7 2 2.8 52 2.1 81 4.82 8.9 01 5.977第5期 丁 勇,等:带式舟桥水阻力理论计算方法3 现有方法问题分析为了更加直观地揭示现有计算方法存在的不足,以7 9带式舟桥和新型带式舟桥门桥模型水阻力试验数据为基础进行分析说明。计算时,根据模型试验的比例关系,将水深、吃水、宽度、长度等参数换算成实际门桥尺寸。表4和表5所列分别为7 9带式舟桥和新型带式舟桥门桥模型主要计算参数。表4 7 9带式舟桥不同线型模型计算参数模型线型水池深
18、度h/m模型吃水T/m模型宽度B/m模型长度L/mA型3(交大)0.3(青山)0.0 6 2 01.3 4 60.8B型3(交大)0.3(青山)0.0 5 8 01.3 4 60.8C型3(交大)0.3(青山)0.0 6 2 71.3 4 60.8D型3(交大)0.3(青山)0.0 6 1 31.3 4 60.8表5 新型带式舟桥门桥模型计算参数试验工况水池深度h/m模型吃水T/m模型宽度B/m模型长度L/m单舟空载70.0 1 8 72.2 50.8单舟满载70.0 5 9 02.2 50.8双舟空载70.0 1 8 72.2 51.5 2双舟满载70.0 5 9 02.2 51.5 2 在
19、利用式(1)、式(2)对7 9带式舟桥和新型带式舟桥门桥水阻力进行理论计算时,发现现有方法的问题一:阻力系数C0缺乏当门桥宽度大于1 0 m时的取值规定。在文献1 0 中,对于制式的带式桥(筏式门桥),规定“当宽度为45 m时,阻力系数C0等于0.6,当宽度为81 0 m时,阻力系数C0等于0.5”。当宽度大于1 0 m时,C0的取值未作明确规定。在实际计算中,带式门桥的宽度往往在1 0 m以上,如7 9带式舟桥两舟门桥宽度为1 3.4 6 m,新型带式舟桥三舟门桥宽度为2 2.5 m。通过对7 9带式舟桥和新型带式舟桥门桥水阻力试验数据的分析,当门桥宽度大于1 0 m时,C0取0.4,理论计
20、算值与试验值吻合较好。因此,建议将文献1 0 中该条规定完善为:“当宽度为4 5 m时,阻力系数C0等于0.6;当宽度为8 1 0 m时,阻力系数C0等于0.5;当宽度大于1 0 m时,阻力系数C0等于0.4。”对比分析7 9带式舟桥交大水池和青山水槽的门桥水阻力试验实测值与理论计算值,发现现有方法的问题二:高航速阶段阻力系数Ch规定值偏大。A、B、C、D 4种线型在交大水池和青山水槽试验工况下水阻力的理论值与试验值对比分别如图1和图2所示。图1 理论值与试验值对比(交大水池)图2 理论值与试验值对比(青山水槽)从图上可以看出,交大水池的理论值与试验值吻合度明显优于青山水槽。青山水槽的理论值在
21、高航速阶段远大于试验值。交大水池试验工况下,A、B、C、D 4种线型舟桥模型的水深与吃水比分别为4 8.4、5 1.7、4 7.8和4 8.9,均超过文献1 0 中的最大值1 2,Ch值取为1.0;而在青山水槽试验工况下,A、B、C、D 4种线型舟桥模型的水深与吃水比分别为4.8 4、5.1 7、4.7 8和4.8 9,各线型模型不同航速下的Ch值按照文献1 1 进行插值确定,取值均大于1.0。通过对青山水池试验数据的分析和拟合,建议将文献1 0 中Ch在水深与吃水比为3.0时,航速分别为1.5、2.0、2.5和3.0 m/s的 取 值 由 原 来 的2.9、4.6、7.0、1 0.0修改为
22、经 试 验 数 据 拟 合 后 的2.0、2.2、2.5、3.0。对比分析新型带式舟桥不同吃水状态下门桥水阻力试验实测值与理论计算值,发现现有方法的问题三:浅吃水高航速下的理论计算值与试验实测值相差较大。新型带式舟桥空载工况下门桥水阻力理论值与试验值对比如图3所示。从图上可以看出,无论单舟宽度门桥还是双舟加宽门桥,在高航速下,水阻力的理论值均远小于试验值。87 第2卷图3 空载工况水阻力理论值与试验值对比根据对新型带式舟桥门桥水阻力试验数据的拟合分析,在空载状态下,带式门桥的水阻力R与计算航速v呈2.6次方关系,而非式(1)中的2次方关系。由此推论:带式门桥水阻力计算公式中计算航速的指数与门桥
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 舟桥 阻力 理论 计算方法
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。