基于物质点法的冰与结构物相互作用数值模拟

发布时间：2024-02-27 11:34

　　冰与结构物碰撞是一个复杂的过程,会受到冰和结构物性质的影响。针对现有研究方法的不足,本文尝试使用物质点法模拟冰与结构物作用,为数值模拟该问题提供新的研究思路。本文首先简要介绍了冰的物理、力学性质以及影响冰载荷大小的因素。其次,对物质点法的基本原理进行了描述。物质点法适用于处理历史相关性和大变形问题,在处理高速碰撞和滑坡等问题中显示出了优越性。在具体模拟之前,文中对模拟过程进行了一些假设。在本文的模拟中,冰在低应变速率下遵循粘弹塑性本构模型,在高应变速率下遵循弹脆性模型。为了验证物质点法的有效性,文中首先将模拟结果与试验结果以及LS-DYNA的结果比较来进行初步检验。验证结果显示,物质点法相比于LS-DYNA能获得更接近试验结果的解。其次,针对影响冰载荷大小的因素,本文利用物质点法重点模拟了冰温、速度、结构物宽度和冰厚度对冰载荷大小的影响,并将模拟结果与一系列经验公式结果进行了比较。结果表明,物质点法模拟得到的冰载荷值介于经验公式计算结果构成的区间内,物质点法得到的结果与经验公式具有相似的趋势,模拟该问题是合理的。鉴于上述模拟没有考虑裂纹,物质点法在处理裂纹时存在困难以及传统方法计算裂纹...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 冰-结构物碰撞研究现状
        1.2.1 理论研究
        1.2.2 试验研究
        1.2.3 数值研究
    1.3 本文的主要内容
2 冰的性质
    2.1 冰的物理性质
        2.1.1 密度
        2.1.2 冰杂质
        2.1.3 温度
    2.2 冰的力学性质
        2.2.1 冰单轴压缩强度
        2.2.2 冰的其他强度
    2.3 冰与结构物碰撞时的特性
    2.4 本章小结
3 物质点法
    3.1 控制方程
    3.2 接触算法
    3.3 单个时间步内的计算格式
    3.4 物质点法与其它方法的比较
    3.5 本章小结
4 物质点法模拟冰与结构物碰撞初探
    4.1 冰的本构
    4.2 假设
    4.3 无反射边界条件
    4.4 物质点法模拟结果和LS-DYNA、试验结果的比较
    4.5 本章小结
5 不同参数对物质点法计算结果的影响
    5.1 不同海冰温度下的模拟结果
    5.2 不同速度下的模拟结果
    5.3 不同结构物宽度下的模拟结果
    5.4 不同冰厚下的模拟结果
    5.5 本章小结
6 一种新的处理裂纹问题的耦合光滑点插值-有限元法
    6.1 有限元法与光滑点插值法简介
        6.1.1 基本方程
        6.1.2 有限元法
        6.1.3 光滑点插值法
    6.2 基于新方法的应力强度因子计算
        6.2.1 互作用积分法
        6.2.2 处理裂纹问题的奇异光滑点插值法
        6.2.3 耦合奇异光滑点插值-有限元法
    6.3 数值算例
        6.3.1 受拉力作用下含有初始裂纹的矩形板
        6.3.2 受拉力作用下含有初始双裂纹的矩形板
        6.3.3 受剪切作用下含有初始裂纹的矩形板
        6.3.4 耦合方法与最近发展的方法的比较
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3912628