基于SPH的楔形板砰击入水特性研究

发布时间：2020-07-21 08:28

【摘要】：当船舶高速航行或者在恶劣海况下航行时,船体首部会反复的砰击水面,船体结构会受到强烈的砰击载荷,严重的会导致局部结构变形甚至破坏,会影响船舶的航行安全甚至威胁到船内人员的生命安全。所以准确预报船首结构砰击入水时的结构响应对于船体结构的设计以及优化有重要意义。结构物砰击入水涉及到自由液面大变形的问题,而SPH方法在处理这一类方法时具有很好的优势,因此本文采用SPH方法对典型的二维楔形体的砰击入水问题进行了仿真模拟,给出了二维楔形体在多种工况下砰击入水过程中的速度、加速度和砰击压力的分布情况,并通过钢制楔形体自由下落砰击试验测得的压力与仿真值作对比验证了仿真计算的可行性与准确性。本文主要工作如下:1.设计开展了钢制楔形体板架的自由下落入水砰击试验,测量了楔形体模型在砰击过程中的砰击压力,分析试验数据给出了下落高度工况下楔形体边界的砰击压力分布,总结了压力分布规律及其受入水速度的影响。2.运用基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的开源软件DualSPHysics对二维楔形体自由下落砰击入水进行了模拟研究,计算了砰击过程中的速度、加速度和砰击压力等响应信息。结合试验数据验证了该数值方法的准确性,然后探讨了下落高度、模型质量、底升角大小以及入水方向对砰击响应的影响。最后对M型船体结构的砰击入水进行了简化仿真计算,求得了M型船体入水砰击时的运动特性与压力极值出现的位置,为M型船体抗砰击性能结构优化提供了建议。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U661.4
【图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位论 文绪论研究背景和意义结构物与流体的砰击是自然界最常见的现象之一，尤其是在航空航天，海洋与船舶工程等领域。比如水上飞行器的水上着陆、航天器返回舱水面着陆、外抛式救生艇入水、海洋平台和岸边设施遭受波浪冲击等都属于砰击问题。在船舶领域，砰击问题一直都是一个值得关注的课题，船舶砰击分为船首砰击、甲板上浪砰击、船体外张砰击、液体晃荡等多个方面[1]。

图 2.1 SPH 核函数估计图光滑核函数不是随便取的，必须满足以下几点条件：（1） 正则化条件，即函数在积分区域内的的积分值应为 1:∫ （ ′ ） ′ （2（2） 紧支性条件： ( ′， ) ， | ′| （2（3） 对称性条件 ( ′， ) ( ′ ， ) (| ′|， ) （2（4） 衰减性条件，光滑核函数随着粒子距离的增加单调递减。光滑核函数常用的光滑函数如下所示：

图 2-2 DualSPHysics 前处理程序是采用三维笛卡尔网格来定位创建粒子的，先定义对定义几何图形边缘的粒子，最后在图形内部的网格节点可以使用各种命令来创建不同的对象，如点、线、三角棱镜、球体等几何图形，对于更复杂的几何图形可以从外部对象。这些文件（3DS 或 CAD）必须转换为 STL 格，这些格式可由 GenCase 轻松加载。STL，PLY 或 VT object.vtk，object.stl 或 object.ply）都可以分成不同的三 GenCase 代码转换为粒子。粒子可以被定义为不同类型：流体粒子、边界粒子或浮的粒子施加不同种类的运动：线性运动、旋转、正弦运Hysics 后处理

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本文编号：2764167