哈爾濱工程大學(xué)船舶力學(xué)期末試卷

1、班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 裝 訂 線 哈爾濱工程大學(xué)試卷題號(hào) 一 二 三 四 五 六總分分?jǐn)?shù) 共 2 頁(yè); 第 1 頁(yè)考試科目: 流體力學(xué)A 一、 簡(jiǎn)答下列問題（共20分，每小題4分）1、粘性流體的壓力2、無限水域微幅平面行進(jìn)波的色散關(guān)系 3、邊界層4、邊界層產(chǎn)生分離的條件5、湯姆遜定理的內(nèi)容二、 判斷下列問題，選擇正確的題標(biāo)填在括號(hào)中（共20分，每小題4分）1、 流量相同，管徑相同的完全發(fā)展層流與湍流管流中（ ）A. 截面上的平均流速相等，最大速度也相等B. 湍流時(shí)截面上的平均流速大，最大速度也大C. 湍流時(shí)截面上的平均流速小，最大速度大D. 截面上的平均速度相等，湍流時(shí)最大速度小2、 平面行

2、進(jìn)波由無限水域運(yùn)動(dòng)到有限水域時(shí)（ ）A. 傳播速度減小B. 傳播速度增加C. 傳播速度不變3、 不可壓縮理想流體在圓筒內(nèi)流動(dòng)，選擇能代表該流動(dòng)的速度分布（ ）A. ， B. ， C. ，4、 在試驗(yàn)水池中測(cè)量船模的興波阻力時(shí)，應(yīng)保證模型和實(shí)船的（ ）A. 雷諾數(shù)相等B. 傅魯?shù)聰?shù)相等C. 斯特羅哈數(shù)相等D. 歐拉數(shù)相等5、 在水面上作勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體受到水的作用力可能包括（ ）A. 摩擦阻力，形狀阻力和興波阻力B. 摩擦阻力，形狀阻力和附加慣性力C. 粘性阻力，形狀阻力和興波阻力D. 摩擦阻力，形狀阻力和波浪增阻三、 （10分）兩輛長(zhǎng)度、直徑都相同的油罐車，分別以平板和半球形端蓋用螺栓與車體

3、相連接。若油面高度相同，試分別就下列兩種情況，比較此兩輛油罐車右端螺栓組所受拉力的大小關(guān)系。 第 頁(yè) - 43 - 第 2 頁(yè) 1、二車均向右作等速運(yùn)動(dòng)；2、二車均向右作等加速運(yùn)動(dòng)。 四、 （15分）水從井中抽上后經(jīng)水管射到檔板上，如圖所示。已知管路長(zhǎng)500m，直徑200mm，井深H=5m，擋板斜面傾角。已知進(jìn)水口有一濾水網(wǎng)（），管路中有10個(gè)彎頭（），兩個(gè)閥門（），水泵壓頭為53.3m。設(shè)管中流動(dòng)為湍流，流動(dòng)為定常，管中摩擦阻力系數(shù)，截面1-1，2-2處壓力為均勻分布且為大氣壓。試求：1、出口截面2-2上的流速；2、流體流量；3、擋板受到水的水平作用力。五、 （10分）已知流場(chǎng)復(fù)勢(shì)為，試求：

4、1、流場(chǎng)的速度分布；2、證明有一條流線與圓柱表面重合；3、單位長(zhǎng)圓柱受到流體的作用力。六、 （15分）兩平板組成的收縮渠道如圖所示。已知流體理想、不可壓縮，流動(dòng)定常且無旋，兩平板延長(zhǎng)線交于O點(diǎn)。設(shè)，A點(diǎn)速度為，試求：1、收縮渠道中流體的速度分布；2、流體對(duì)壁面AB的作用力。 七、（10分）設(shè)平板層流邊界層內(nèi)速度剖面為u=sin()，其中為邊界層厚度，試求：1、動(dòng)量損失厚度；2、壁面上的剪應(yīng)力分布；3、邊界層厚度與x的關(guān)系式 2004-2005學(xué)年第一學(xué)期試卷A標(biāo)準(zhǔn)答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、1.在運(yùn)動(dòng)的粘性流體中，任意一點(diǎn)的壓力定義為三個(gè)法向應(yīng)力的算術(shù)平均值取負(fù)，即2.，其中為圓頻率，為波數(shù)；3.在粘性

5、流體中，若運(yùn)動(dòng)的雷諾數(shù)很大，粘性僅作用在貼近物面極薄的一層，即邊界層。4.邊界層產(chǎn)生分離的條件有兩個(gè)：（1）存在逆壓梯度；（2）壁面及粘性對(duì)流動(dòng)的阻滯作用。這兩個(gè)條件缺一不可；5.如果質(zhì)量力有勢(shì)，流體理想且正壓，則沿某些確定流體質(zhì)點(diǎn)所組成的封閉流體線的速度環(huán)量不隨時(shí)間而變，即二、 1.(D) 、 2 （A） 、 3 （ A） 、 4 （B ） 、 5 （A ）三、1.兩車均作勻速直線運(yùn)動(dòng)，壓力和水平方向作用力公式為， 因車相同，故右端螺栓所受到拉力相等；2.兩車作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)其中靜止流體中滿足的力的平衡方程為, 因 設(shè)時(shí) （5分）壓力作用在平板上的拉力為 設(shè)得 壓力作用在半球形壁面上的拉力為 故

6、 故半球形蓋所受到的拉力大于平板所受到的拉力。 （5分）四、1.由粘性流體伯努利積分公式得其中能量損耗為 ，代入上式得流速 2. 流量為 （10分）3.由動(dòng)量積分方程，得擋板受到的水平作用力為 五、 1. 由已知復(fù)勢(shì)表示式可見由x方向均為來流，偶極和點(diǎn)渦組成的繞圓柱體有環(huán)流流動(dòng)。對(duì)應(yīng)得到，即圓柱半徑為2，速度環(huán)量為，運(yùn)動(dòng)速度為2。 則流場(chǎng)速度分布為 2. 因半徑為2 的圓柱表面是一條流線，因此必有一條流線與的圓柱表面重合。 （5分） 3. 由庫(kù)塔-儒克夫斯基定理得單位長(zhǎng)度圓柱受到升力為 （5分）六、1.取平面極坐標(biāo)系，在壁面上任取一點(diǎn)，設(shè)半徑為，速度為，壓力為；無窮遠(yuǎn)點(diǎn)壓力為，速度為0，由伯努

7、利方程得 由于過C點(diǎn)和A點(diǎn)圓弧面的流體體積流量相等，有 得收縮渠道中流體的速度和壓力分布為 ， （8分） 2.沿壁面AB壓力積分得流體對(duì)壁面得作用力為七、1. 由動(dòng)量損失厚度表達(dá)式得動(dòng)量損失厚度為 2. 由壁面剪切應(yīng)力公式公式得剪切應(yīng)力與邊界層厚度間的關(guān)系為 （7分）3.將上面兩式代入平板動(dòng)量積分方程邊界層厚度與x的關(guān)系為解得邊界層厚度 （3分）2006-2007學(xué)年第一學(xué)期流體力學(xué)試卷A標(biāo)準(zhǔn)答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、答： 1粘性阻滯和逆壓梯度。2平動(dòng)、剛體轉(zhuǎn)動(dòng)和變形運(yùn)動(dòng)。3運(yùn)動(dòng)的有旋性、漩渦的擴(kuò)散性和能量耗散性4隨機(jī)性和脈動(dòng)性。5，表慣性力與粘性力之比；表慣性力與重力之比。6粘性底層、過渡層和湍流核

8、心區(qū)。二、答： 1. ×；2. ×；3. ；4. ×；5. ×；6. ；7. ；8. ×；9. ；10. 。三、解：(1) 流線方程：， （5）過（1，1）點(diǎn)：1/3+1+1=5/3 , （2）（2），所以無旋。 （4） （4）四、解：（1）流動(dòng)以兩板中線對(duì)稱，從下板面至中線。 （2） 由得，積分得 于是 （2）聯(lián)立得： （3） （4）從下板面至中線應(yīng)用動(dòng)量定理 （5） 五、（1）圓柱繞流單位速度相對(duì)速度勢(shì)： 絕對(duì)速度勢(shì)： 附加質(zhì)量： （2）升力 （3）設(shè)繩子張力為T，圓柱徑向動(dòng)力學(xué)方程：TUR 得 （7）2007-2008學(xué)年第一學(xué)期流體力學(xué)

9、試卷A卷標(biāo)準(zhǔn)答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、簡(jiǎn)要回答下列問題（共15分，每小題3分）【分析】考察學(xué)生對(duì)基本概念的掌握程度【標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】答： 1流體由連續(xù)分布得流體質(zhì)點(diǎn)所組成。2平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和變形運(yùn)動(dòng)3理想流體；表示理想流體在運(yùn)動(dòng)過程中的慣性力、質(zhì)量力以及表面力的合力平衡。4波速（頻）與波長(zhǎng)（數(shù)）有關(guān)；：波動(dòng)的圓頻率：長(zhǎng)度內(nèi)波數(shù)目：相鄰波峰（谷）之間距：波的傳播（相）速度5由，得，故相似準(zhǔn)數(shù)為括弧內(nèi)三項(xiàng)。H/L: 對(duì)應(yīng)深度相等Re： 粘性效應(yīng)相似Fr： 興波效應(yīng)相似。二、 判斷題（共20分，每小題2分）；正確者打，錯(cuò)誤者打×【分析】考察學(xué)生對(duì)基本概念的掌握程度【標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】答： 2、3

10、、7（）；1、4、5、6、8、9、10（×）；2、3（×）也有一定道理三、（20分）【分析】考察學(xué)生對(duì)于平面勢(shì)流理論的掌握程度【標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】解：（1）復(fù)勢(shì)： （2）速度： （5分）（3）壓力： （2分）（4）合力：方向向上。 四、（20分）【分析】考察學(xué)生對(duì)于管路損失、伯努利方程與動(dòng)量定理的掌握程度【標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】解：（1）管中流速： （2）自由面至水管出口列Bernoulli方程： （7）（3）水泵揚(yáng)程：（4）板子受力P：動(dòng)量定理（m 水柱）P方向向右。 五、（15分）【分析】考察學(xué)生對(duì)于受力分析和動(dòng)量定理綜合應(yīng)用的掌握程度【標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】解：(1)

11、基本方程和邊界條件 (a) （b） （c） （c） 因平板足夠大，考慮到邊界條件（e），則，且。（b）式成為積分得 應(yīng)用邊界條件（d）確定積分常數(shù)、后，整理可得平板間的速度分布 （5）六、（10分）【分析】考察學(xué)生對(duì)于波浪基本特征的掌握程度【標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】解：（1），得由 ，得， （2） （3） ，。 2002-2003年第一學(xué)期流體力學(xué)期末考試標(biāo)準(zhǔn)答案 一1、 理想流體的壓力是唯一的表面力，作用力的大小與方向無關(guān)，方向垂直于作用面并指向內(nèi)法線方向；粘性流體壓力是三個(gè)主應(yīng)力的算術(shù)平均值的負(fù)值：忽略流體的粘性時(shí)粘性流體的壓力就蛻化為理想流體的壓力；2、 當(dāng)動(dòng)力粘性系數(shù)很小，或速度變化率很小

12、時(shí)，流體的剪應(yīng)力很小，與重力、慣性力等相比可以忽略不計(jì)，這種忽略剪應(yīng)力的流體成為理想流體。理想流體是為處理問題方便而人為引入的理想模型，真實(shí)的流體都是有粘性的。3、 當(dāng)物體與流體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)與流體解除的物體表面要受到流體剪應(yīng)力作用，剪應(yīng)力的合力成為摩擦阻力；4、 有兩個(gè)條件：存在逆壓梯度區(qū)；壁面及粘性對(duì)流體的阻滯作用5、 在理想流體假設(shè)下流體流過平板（或機(jī)翼等）時(shí)，首尾端點(diǎn)速度絕對(duì)值為無窮大，與實(shí)際流動(dòng)不符，為在理想流體假設(shè)下模擬真實(shí)流動(dòng)，庫(kù)塔-如何夫斯基提出假設(shè)：在平板（或機(jī)翼等）有攻角繞流中，一定存在速度環(huán)量，其大小恰好能使背面的駐點(diǎn)移至后緣，使后緣端點(diǎn)的速度保持為有限值，這一假設(shè)就是著名

13、的K-J假設(shè)。6、 將湍流中微團(tuán)的脈動(dòng)與氣體分子的運(yùn)動(dòng)相比擬。二、1錯(cuò)2錯(cuò)3對(duì)4對(duì)5對(duì)6對(duì)三、未發(fā)生離體時(shí)圓柱表面壓力分布公式為故未離體流體域壓力合力在x方向投影值的大小為因離體流體域中作用于圓柱面的壓力均為A點(diǎn)壓力，由（1）式得則離體后壓力合力在x方向的投影值的大小為圓柱的形狀阻力大小值為方向與運(yùn)動(dòng)方向相反。四、由質(zhì)量守恒知得 （1）取圖中單位厚度封閉曲線為控制體，對(duì)控制體利用動(dòng)量方程得將（1）式代入上式整理得得平板受到的作用力大小為方向如圖所示五、損失厚度為 （1）由剪應(yīng)力公式得到壁面剪應(yīng)力為將（1）式和（2）式代入平板動(dòng)量方程得解得邊界層厚度為 六、（1）流函數(shù)為將（1，1）代入上式得出

14、過（1，1）點(diǎn)的流線為（2）速度旋度為即運(yùn)動(dòng)無旋，存在速度勢(shì)，速度勢(shì)為2003-2004年第一學(xué)期流體力學(xué)期末考試標(biāo)準(zhǔn)答案一、 1、沿程阻力：管道壁面粘性摩擦和粗糙度引起的阻力。表達(dá)為圓管沿程阻力系數(shù)，2、形狀阻力：由于粘性和流動(dòng)分離產(chǎn)生的壓力沿流動(dòng)方向投影的合力。求得壓力后積分或試驗(yàn)測(cè)得，3、慣性阻力：非定常運(yùn)動(dòng)改變流體的慣性引起的阻力。表達(dá)為附加質(zhì)量4、機(jī)翼升力：源于速度環(huán)量，而環(huán)量來源于流體粘性、形狀和攻角，5、湍流應(yīng)力：源于湍流脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)。建立湍流模型，二、（1）從自由面至出口列伯努利方程，知 可得（2）水箱1出口流量：(3)取水箱1出口截面與平板左側(cè)之間的水為控制體，設(shè)平板對(duì)水流的作用

15、力為,沿出口軸線方向列動(dòng)量方程，有與平板右側(cè)受水箱2的靜壓力合力相等，即 得。三、（1）管內(nèi)流速：沿截面1-1和2-2中心線列伯努利方程，有（2）連續(xù)性方程：（3）等壓面：設(shè)截面2-2中點(diǎn)與U型管高位液面的高度差為，因U型管內(nèi)低位波面出的水平面為等壓面，在該水平面管內(nèi)壓力相等，即聯(lián)立以上三個(gè)方程得管內(nèi)體積流量四、（1）復(fù)勢(shì)：（2）速度分布：由知壁面上的速度分布為壁面x=0上的速度分布為（3）壓力分布：利用伯努利積分得沿壁面x=0的壓力分布為五、（1）全流場(chǎng)中滿足NS方程： (1) （2）（2）邊界條件： （3）方程簡(jiǎn)化：由邊界條件知流場(chǎng)中y方向的運(yùn)動(dòng)速度v=0，所以方程（2）成為，即p=C(x

16、).因?yàn)槿鲌?chǎng)應(yīng)力相同，有，p=const。另外，平板無限大或從邊界條件看出流動(dòng)與x無關(guān)，即u=u（y）。所以方程（1）簡(jiǎn)化為積分得 （4）確定積分常數(shù)：式（8）和（9）的積分常數(shù)由邊界條件確定。由（3）得 由（4）得 由（5）得由（6）得解出常數(shù)：（5）速度分布：將積分常數(shù)代入可得速度分布為六、取大地坐標(biāo)z軸垂直向上，原點(diǎn)位于圓球靜止時(shí)的圓心處。質(zhì)量為m的圓球在浮力F和重力G的作用下向上加速運(yùn)動(dòng)。滿足運(yùn)動(dòng)方程其中為圓球的附加質(zhì)量，浮力。上式可得利用初始條件：t=0時(shí)，積分上式可得：一、 概念題 （1） 使用條件：理想、定常、不可壓縮、重力場(chǎng)、沿流線。（2） 分別為單位質(zhì)量流體的局部慣性力、對(duì)

17、流慣性力、質(zhì)量力、壓力的合力、粘性力的平衡（3） 理想、正壓、質(zhì)量力有勢(shì)；沿流體線的環(huán)量（渦量）不隨時(shí)間變化。（4） 管內(nèi)沿程阻力;由粘性摩擦產(chǎn)生。（5） 管內(nèi)局部阻力；由局部漩渦和摩擦產(chǎn)生（6） 尾緣處速度有限（壓力連續(xù)）（7） 表示物體非定常運(yùn)動(dòng)慣性力。（8） 大雷諾數(shù)繞流分為內(nèi)層和外層，內(nèi)層考慮粘性，外層不計(jì)粘性。（9） 很薄、速度梯度很大、層內(nèi)法向壓力不變，外邊界速度漸進(jìn)性。（10） 阻力增大、升力減小，振動(dòng)、噪聲。（11） 且（12） 表示慣性力與粘性力之比（粘性力影響）；表示慣性力與重力之比（重力影響）；表示當(dāng)?shù)厮俣扰c聲速之比（壓縮性影響）。（13） 分子間的引力、分子動(dòng)量變換。（

18、14） 流體微團(tuán)的動(dòng)量變換。（15） 存在環(huán)量、攻角（粘性、上下表面不對(duì)稱）。（16） 速度場(chǎng)的包絡(luò)線（矢量線）（17） 速度為0的點(diǎn)（18） 含有大量分子且體積足夠小的流體微團(tuán)。（19） 相對(duì)于坐標(biāo)系空間不變的流體體積。（20） 升力下降、阻力增加的現(xiàn)象。（21） 粘性底層厚度大于管子粗糙度（）的流動(dòng)。二、左側(cè)受力： 右側(cè)受力：圓柱的合力：合力方向，作用線通過圓心三、（1）基本方程：（2）自由面條件：或 底面條件：直壁條件：四、（1）因與粘性阻力有關(guān)的物理量為物體的運(yùn)動(dòng)速度、幾何尺度、流體的密度和動(dòng)力粘性系數(shù)，故有函數(shù)關(guān)系式將上式無因此化得 即保證模型和實(shí)物粘性阻力系數(shù)相同的相似準(zhǔn)數(shù)是雷諾數(shù)

19、（1） 由模型與實(shí)物的雷諾數(shù)相等 得模型的試驗(yàn)速度 五、設(shè)1-1和2-2截面流管寬度分別為和（1） 連續(xù)方程：1、2截面質(zhì)量守恒 得邊界層厚度為（2） 動(dòng)量方程：取壁面、1-1、1-2和2-2所圍控制體如圖，設(shè)F為平板所受摩擦阻力，列X方向動(dòng)量方程 得平板受到的摩擦阻力 哈爾濱工程大學(xué)本科生考試試卷( 2009-2010 年 一 學(xué)期)課程編號(hào)：01020010 課程名稱： 船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)力學(xué)（A卷）課程編號(hào)：01020010 課程名稱： 船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)力學(xué)（A卷） 1、用初參數(shù)法求圖中所示受均布載荷作用的單跨梁撓曲線方程，其中柔性系數(shù)為。（15分）2、用力法求解圖中所示結(jié)構(gòu)在支座0處

20、的轉(zhuǎn)角和支座1處的支反力，已知，各桿的抗彎剛度均為，集中彎矩，彈性支座的柔性系數(shù)為。（15分）3、如圖中所示結(jié)構(gòu)，列出求解梁0-1-2的位移法方程式組。已知，斷面慣性矩均為。（10分）4、設(shè)圖示梁的撓曲線方程，用李茲法求解此梁的撓曲線。（15分）5、一根中間有兩個(gè)彈性支座的縱骨受軸向力T作用，每跨的長(zhǎng)度均為，利用附錄給出的圖譜求解下列問題：（15分）1） 若彈性支座的柔性系數(shù)為，求縱骨的歐拉力。2） 若已知縱骨的，求彈性支座的必需剛度。3） 若彈性支座的剛度達(dá)到了臨界剛度，即，求縱骨的臨界力。6、四周自由支持的矩形板長(zhǎng)邊，短邊，板厚。板受到圖示的三角形分布載荷作用。請(qǐng)畫出計(jì)算模型，并計(jì)算板中心

21、的撓度及彎矩（要求寫明計(jì)算步驟和結(jié)果）。（15分）7、用矩陣法求解圖中的結(jié)構(gòu)，單元和節(jié)點(diǎn)編號(hào)如圖所示，采用平面彎曲桿單元，試解答下列問題：（15分）（1） 計(jì)算各單元的剛度矩陣；（2） 寫出結(jié)構(gòu)總剛度矩陣； （3） 寫出以矩陣形式表示的節(jié)點(diǎn)平衡方程式；（4） 對(duì)節(jié)點(diǎn)平衡方程式進(jìn)行約束處理，寫出經(jīng)約束處理后的方程式。已知：平面彎曲桿單元?jiǎng)偠染仃嚬綖閰⒖即鸢概c評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1、撓曲線方程為： （3分）邊界條件：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)， （3分）邊界條件代入可得： （3分）解方程得： （3分）2、未知數(shù)： （1分）轉(zhuǎn)角連續(xù)方程： （2分）其中： （6分）那么： （2分）解方程得：， （2分）3、未知數(shù)： （1分）列

22、力平衡方程： （2分）其中： （3分）那么： （2分） （2分）4、由得， （2分）從而 （4分）對(duì)參數(shù)求導(dǎo)得到： （3分）由于，那么 （3分）解得： （1分）從而： （2分）5、1） （2分）查圖可知，從而 （1分） （2分）2） （2分）查圖可知 （1分） （2分）3）當(dāng)時(shí)，此時(shí)縱骨臨界力可按單跨桿計(jì)算，從而 6、1） 由于，且矩形板所受載荷沿板長(zhǎng)方向不發(fā)生變化，從而滿足筒形彎曲 2）取如圖所示板條梁，則有 （2分）由于，所以 （2分） （2分） （2分） （2分） （2分）7、1）將結(jié)構(gòu)離散為、兩單元，則有單元?jiǎng)偠汝?（3分）2) （3分）3）由于，又，且，即 （5分）4）由題意得：，有解得： （4分）哈爾濱工程大學(xué)本科生考試試卷（ 2008-2009 年 一 學(xué)期）課程編號(hào)：01020010課程名稱：船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)力學(xué)（B卷）課程編號(hào)：01020010課程名稱：船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)力學(xué)（B卷）1下圖為單跨梁，用初參數(shù)法解之，求出撓曲線方程式。已知=L/3EI。 (15分)2、如圖中所示結(jié)構(gòu)，采用位移法求解1處和2處的彎矩和。已知，斷面慣性矩均為，集中力。（10分）3、如圖中所示的吊艇桿結(jié)構(gòu)，用能量法求彈性支座處的支反力，已知。4 試將圖所示桿系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為連續(xù)梁1-3-4（桿0-1