基于动网格的两栖车航行特性数值模拟研究

发布时间：2017-09-13 12:31

  本文关键词：基于动网格的两栖车航行特性数值模拟研究

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【摘要】：两栖车辆在特定地理环境中具有不可替代的作用，由于独特的行使特性，其研究已成为各国国防科研的重要部分之一。对于高速两栖车辆，优良的水上动态特性对其安全行驶具有重大作用。目前，国内外关于两栖车的研究主要采用拖模实验与数值模拟两种方法。在两栖车的数值模拟分析方面，国内主要开展了两栖车辆的减阻及外形优化设计等方面研究。由于真实海况下两栖车航行时始终处于升沉和纵摇的耦合运动状态，通常数值模拟方法无法有效分析两栖车在静水中的水动力特性。为此本论文建立了基于动网络技术的两栖车辆水上航行动力特性的流固耦合数值模拟方法，将其应用于轮式两栖车辆水上航行特性的研究，并与实验结果进行了对比。具体研究内容分为以下几个部分： 建立了基于网格光顺的两栖车水上航行动态网格数值计算方法。针对两栖车辆在水中的运动过程，对比了静态网格技术和动态网格技术方法，确定了动态网格技术相比于静态网格技术的先进性和可行性，选择了网格光顺作为本文计算的动网格方法，并对网格的无关性进行了验证，且对比确定了多相流模型、湍流模型，建立了两栖车水上航行流场数值模拟方法。 构建了能够模拟两栖车水上运动的数学模型。通过车辆振动的流固耦合运动方程，基于ANSYS—CFX的Fortran语言的二次开发，结合CEL语言和CFD软件，将两栖车水上航行运动分解为升沉和纵倾两个自由度的运动，，建立了能够描述车体和流场之间的流固耦合方程和车体振动响应的结构动力学模型，由此形成了一种有效的非定常流动流固耦合计算分析方法。 分析了轮式两栖车水上航行特性，并与实验结果进行了对比，验证了两栖车水上航行动态网格数值模拟和运动数学模型方法的可行性。研究了车体航行姿态、受力特性、浮态、绕流场、阻力特性和功率特性等，分析了不同速度下航行姿态和受力特性的变化过程，浮态和绕流场的变化规律。将数值模拟与实验结果进行了对比，两者吻合程度较好。由此可见，基于动态网格技术，结合两栖车车体和流场之间的流固耦合算法的数值模拟方法能够有效分析高速两栖车的水上航行特性。
【关键词】：两栖车 航行特性 动网格技术 数值模拟 流固耦合
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.78;U469.693
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 研究背景9-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 本文研究方法15-21
• 1.3.1 静水拖模实验方法15-20
• 1.3.2 数值模拟方法20-21
• 1.4 本课题的主要内容21-23
• 第二章 两栖车水上航行数值模拟理论23-49
• 2.1 两栖车辆航行姿态数值模拟网格技术24-32
• 2.1.1 静态网格技术及航行姿态调整策略24-28
• 2.1.2 动态网格技术及航行姿态调整策略28-32
• 2.2 两栖车辆数值计算方法32-35
• 2.2.1 几何建模32
• 2.2.2 网格划分和边界条件设置32-33
• 2.2.3 数值模拟计算方法验证33-35
• 2.3 两栖车动力学模型35-36
• 2.4 数值计算模型36-43
• 2.4.1 多相流模型36-38
• 2.4.2 湍流模型38-41
• 2.4.3 两栖车水上航行流场数值解法41-43
• 2.5 混合耦合算法计算模型43-46
• 2.6 ANSYS-CFX 中混合耦合算法的实现46-47
• 2.7 本章小结47-49
• 第三章 两栖车辆航行特性数值模拟研究49-70
• 3.1 航行姿态过程分析49-55
• 3.1.1 低速航行姿态过程分析49-52
• 3.1.2 中速航行姿态过程分析52-53
• 3.1.3 高速航行姿态过程分析53-54
• 3.1.4 本节小结54-55
• 3.2 车体受力特性分析55-59
• 3.2.1 低速航行受力特性分析55-56
• 3.2.2 中速航行受力特性分析56-57
• 3.2.3 高速航行受力特性分析57-58
• 3.2.4 本节小结58-59
• 3.3 车体周围流场分析59-64
• 3.3.1 相同 Fr 数不同时刻车体绕流形态分析59-61
• 3.3.2 不同 Fr 数稳定航行车体绕流形态分析61-64
• 3.4 车体周围压力场分析64-65
• 3.5 车体航行阻力和功率分析65-67
• 3.6 数值模拟与静水拖模实验数据对比67-69
• 3.7 本章小结69-70
• 第四章 结论与展望70-73
• 4.1 主要结论70-71
• 4.2 工作展望71-73
• 参考文献73-78
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单78-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 韩占忠,王国玉,闫为革;两栖车辆航行粘性阻力数值分析[J];车辆与动力技术;2003年02期

2 秦士元;程斌;窦尚信;;高速排水型艇的阻力和有效功率的一种估算方法[J];船舶工程;1979年02期

3 包丛喜 ,裘泳铭 ,钟杨洪;复合型高速船阻力性能的改善措施研究[J];船舶工程;2001年06期

4 张志荣,赵峰,李百齐;k-ω湍流模式在船舶粘性流场计算中的应用[J];船舶力学;2003年01期

5 徐国英,王涛,郭齐胜;基于CFD(计算流体动力学)的两栖车绕流场模拟[J];船舶;2005年02期

6 樊琳 ,阎向前;美国先进两栖突击车[J];国防技术基础;2004年02期

7 杨爽;王志东;吴贺贺;陈明明;凌宏杰;;滑行艇纵向运动响应与静水航行数值模拟分析[J];船舶工程;2012年04期

8 周鹏飞;刘影;韩占忠;王国玉;;高速两栖车辆水上航行阻力特性数值分析[J];车辆与动力技术;2013年04期

9 Eun Jung Chae;Deniz Tolga Akcabay;;Hybrid algorithm for modeling of fluid-structure interaction in incompressible, viscous flows[J];Acta Mechanica Sinica;2012年04期

10 宋桂霞;赵又群;吴珂;;两栖车辆阻力水气两相流三维数值模拟[J];哈尔滨工程大学学报;2008年09期

本文编号：843760