冲击载荷作用下壳梁结构响应分析的CSPM方法研究

发布时间：2021-09-25 07:38

　　舰船在作战条件下会受到各种武器的攻击,直接威胁舰船的生存能力,因此研究冲击载荷作用下船体结构的响应具有重要的意义。舰船的总体结构大多可以简化为壳梁结构,因此对冲击载荷作用下船体壳梁结构响应分析研究意义重大。目前广泛使用的基于拉格朗日网格的有限元法处理大变形等问题时会遇到网格畸变等问题,光滑粒子流体动力学（SPH）是一种无网格方法,可以完全摆脱计算网格的限制,非常适合求解大变形问题。本文首先研究了国内外无网格方法的具有代表性的工作,重点针对无网格方法在计算结构动力学方面的研究现状,选取了修正光滑粒子流体动力学方法（corrective smoothed particle method,CSPM）作为壳梁结构的静动力学响应分析的研究方法。针对传统SPH的完备性缺陷,使用CSPM方法修正改进了SPH方法,提高了计算精度。针对直接使用实体单元建模耗费计算资源的缺点,基于Mindlin-Reissner平板理论建立了CSPM壳结构模型,仅使用通过壳结构中面的一层粒子描述壳结构运动。建立CSPM壳结构的控制方程,考虑了结构大变形中的几何非线性问题,将CSPM方法应用于壳结构静力和动力响应分析中。为... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

船体分段图（来源互联网）

如图 1.1 和图 1.2。研究板壳梁这一基本的结构形式及其在外加载荷作用下的静力动力响应特性，对于更为复杂船舶结构的在多种形式的外载荷作用下的承极限载能力有着至关重要的意义。船舶结构的传统研究方式分为实验研究、数值研究和理论研究，其中实验研究是最为准确和可信的研究方法，但是由于其耗费高昂、操作难度大且可移植性差等缺点，无法得到大规模广泛的应用；理论研究在处理简单结构十分有效，在某些特定的条件下可以得到解析的解，但是如果结构较为复杂则很难得到准确的结果，具有较大的局限性；由于上述两种方法的固有缺陷，数值研究的方法应运而生，它从理论公式出发，将目标的问题域离散成足够小的可以求解的微元，随着计算机的快速发展，数值研究方法耗费计算资源的局限性越来越小，因此得到了越来越广泛的运用。结构研究数值方法中以基于网格的有限单元法以及有限差分法发展得最为迅速，在经过几十年的进步后，已经出现了许多种基于这两种数值方法的大型商用软件，这些通用的软件在结构及其性能分析中得到了广泛的应用，同时也得到了越来越多的认可，在结构的数值模拟计算中承担着重要的角色。

图 2.1 支持域与问题域相对位置示意图（内部）图 2.2 光滑函数支持域在问题域交界处示意图(截断)整理上述推导过程，可以得到场函数及其导数的核近似表达式为式(2-4)和式(2-8)，现整理如下[5]：,,x x x x xx x x x xf f W h df f W h d (2-9)2.2.2 无网格 SPH 粒子近似在 SPH 方法中一般将整个连续的问题域离散为具备独立得物理性质的有限个空间粒子。如式(2-9)所表示的积分形式的近似关系可以通过离散的形式转化为临近支持域中全部粒子累加求和的形式[8]。如下图图 2.3 所示，图中的红色点表示中心目标的待求解的粒子，蓝色封闭范围就代表了粒子的临近支持域范围。


本文编号：3409354