2010真题

哈尔滨工程大学船舶力学2010年考研真题及解析试题共分为流体力学及船舶结构力学两部分，每部分各75分，共3个小时流体力学部分一、问答题1、什么是长峰波和短峰波。长峰波是指波形具有相互平行且无限长的波峰和波谷线的波，亦称平面波。短峰波是自然界中的海浪形成的波，形状大多像馒头一样，可视为由众多的传播方向不同的长峰波叠加而成。2、理想流体与真实流体的物面边界条件。理想流体不存在剪切应力，界面上允许流体有切向滑移，但流体不能穿透界面，即流固界面上的速度在法线方向上的投影相等，即bvnvn，或者nbnvv，为理想流体在界面上的不可穿透条件。对于真实流体，由于粘性在界面上流体的速度v与固体运动的速度bv相等，即bvv，称为无滑移条件。3、欧拉法与拉格朗日法的区别。拉格朗日法着眼于流体质点，其基本思想为跟踪每个流体质点的运动全过程，记录其在运动过程中的各物理量及其变化。欧拉法着眼于空间点，又称为空间点法，其基本思想是考察空间每一点的物理量及其变化。4、亥姆霍兹速度分解定理亥姆霍兹分解定理将流体微团中任意一点M的速度分解为三部分：（1）与0M点相同的平移速度v；（2）绕0M点转动引起的速度r；（3）变形引起的速度Er。相应地流体微团的运动由平移、旋转和变形（包括线变形和角变形）三种形式组成。5、机翼升力与环量的关系机翼升力的产生是由于流体环量的存在使得圆柱上下表面速度分布不对称，而环量的根源是圆柱在旋转过程中由于流体粘性的存在带动其周围流体转动，这种转动与来流叠加使圆柱上下速度场不对称。上例的方向不总是垂直向上的，它的方向垂直于来流和环量的方向，即沿0v方向逆速度环量0旋转090所对应的方向，如图所示：6、色散波与非色散波给定水深h，进行波的传播速度与波长或波频有关，这种波称为色散波。若波速与波长无关，则称为非色散波。7、连续介质假设所谓连续介质假设，物理上讲就是不考虑流体的分子结构，把流体看成是一种在一定范围内均匀、密实而连续分布的介质，或者说流体是由连续分布的流体质点所组成。8、沿程阻力系数与那些无因次量有关。沿程阻力系数为212mplud，,fRed，看见，沿程阻力系数只是雷诺数Re和相对粗糙度d两个参数的函数。9、N-S方程与哪些相似准数有关。N-S方程为213DvfpvDtv，等式左边为惯性力，右端依次为质量力、压力的合力及粘性力。等式两边分别除以DvDt，可以得到质量力与惯性力之比、压力与惯性力之比、粘性力与惯性力之比，因此与N-S方程有关的相似准数有：Fr数、Eu数及Re数。10、水力半径及其公式在计算非圆截面管内的沿程阻力时，主要采用经验方法进行计算，把非圆截面管化为当量的等截面圆管，此时的水力半径为22hAr过流面积湿润周长11、自由面线性条件线性化运动学和动力学自由面条件为：tz（z=0）1gt（z=0）联立两式，消去未知的，可得到用速度势表示的线性自由面条件220gtz(z=0)12、水力光滑管当边界层厚度管道壁面绝对粗糙度时，即层流底层完全淹没了管壁的粗糙突出部分，此时层流底层以外的湍流区完全感受不到管壁粗糙度的影响，流体好像在完全光滑的管子中流动一样，这种情况的管内流动称为是水力光滑的，这种管道称为水力光滑管。13、为什么船模试验要考虑尺度效应在进行船模实验时，不可能满足所有相似判据都与实船相等的条件，因而不能实现完全的力学相似，只能实现部分相似，由于这种部分相似的模型试验结果推算实船性能时会产生偏差，因此要考虑尺度效应。14、两个物理量流动相似条件。两个流动系统要实现相似，必须满足几何相似、运动相似、动力相似以及边界条件和起始条件相似等。15、不可压缩定常流场的伯努利方程及其意义。22Vpzcg，其每一项表示一种高度，22Vg表示流体质点在真空中以初速度V铅直向上运动所能达到的高度，称为速度高度；p相当于液柱底面上压力为p时的高度，称为压力高度；z表示质点在流线上的位置，称为位置高度。二、计算题有一旋转粘度计如图所示。同心轴和筒中间注入牛顿流体，筒与轴的间隙很小，筒以等角速度转动。设间隙中的流体速度沿矢径方向且为线性分布，l很长，底部影响不计。如测得轴的扭矩为M，求流体的粘性系数。解答：很小，流体速度分布视为线性，2yduddy，扭矩3,2224ddddlMsdlM即34dlM流体粘性系数三、圆管内不可压定常流动如图，入口处流速U均匀，在某截面x处为抛物形速度分布)()(220rrCru，其中0r为离管轴的径向距离，C为一未知常数，入口处和x处管截面压力均匀分布，分别为0p和xp，流体密度，不计重力。试求（1）确定常数C；（2）证明作用在o至x间管壁上总的摩擦阻力)31(2020UpprDx。xoroUu(r)xr解答：（1）由连续性方程可得00rusurds将)()(220rrCru代入上式可得，00220002rrusurdsCrrrdrdlqqp解得，02uCr（2）022002rxusurrdrpspsD,可推出220013xDrppU四、用力法计算弹性支座的弹性系数A，解答：查表可得，单跨梁中点由均布载荷产生的位移为425384qlEI，梁中点由弹性支座产生的位移是42148RlEI，则由变形连续方程可得44225138448qlRlAREIEI五、用位移法解此结构解答：1、确定未知数的数目，234,,，10查弯曲要素表可得，22122111,1212MqlMqlP2442,88plplMM2、因转角234,,引起的杆端弯矩为：12122422EIEIEIMlll21122244EIEIEIMlll242442EIEIMll424242EIEIMll232342EIEIMll323242EIEIMll3、对于支座2，有：2123240MMM,可得：2121232324240MMMMMM，即：2223241442420128EIEIEIplEIEIqllllll。对于支座4，有420M，可得：42420MM，即，424208plEIEIll。对于支座3，有320M，即：32320MM，可得：32420EIEIll解得，234六、用能量法计算杆端挠度解答：设杆上任意一点距离原点0的距离为x，则此点处的弯矩为plx，则根据能量法中的位能驻值定理可得，22230011226llplxMplVdxdxEIEIEI则杆端挠度为：33VplvpEI七、根据题意计算杆的稳定性已知刚度为EI，给出图谱（书上261页图10-18）（1）若A已知，求ET;(2)已知29EEITl，求K（3）已知CKK,求ET解答：（1）1kA，43jkEIl，查表得，202EEITTl（2）22220990.921826ETEIlTlEI查表可得，0.75j，22330.75jEIEIkll（3）当ckk时，1，则202EEITTl八．用矩阵法1）写单元刚度阵2）写总刚度阵3）写出平衡方程4）进行约束处理解答：（1）22122212612666421261266624llllEIllKKlllllll=221122231112221132332122KKKKKKKK（2）总刚度矩阵111112112221222223223233KKkKKKKKK=2222222126126664212612624066822011261266624lllllllllllllllllll（3）对于杆元1，11122PNN,11128plMM对于杆元2，22232qlNN，222312qlMM于是平衡方程为：12211222222333221261262664281261262402266822081211261262662412pRllllplvllpqlRvEIlllllplqllllvqlRllllqlll(4)进行约束处理，1230vvv所以：123842288122412plEIplqllql九．σa=180cm，b=100cm，t=10mm1）求cr2）若x=120N/mm，是否失稳，若失稳怎么办？解答：（1）2227610017676100100crNmmtb（2）当2212076xNmmNmm，故失稳，可加纵骨。设加入n根纵骨，此时221001767611001crnn，若,crx则0.26n，故n取1，此时2221001001767630450crtNmmc