超空泡航行体结构动力学仿真研究
发布时间：2021-09-07 17:45
本文以超空泡航行体为研究对象，以非线性有限元理论为基础，建立了超空泡航行体结构有限元模型，采用理论分析与流固耦合仿真相结合的方法，分析得到超空泡航行体结构的载荷特性，对复杂力学环境下的超空泡航行体结构动力学特性进行了系统深入的研究，为超空泡航行体结构设计提供了理论基础。结合水冲压发动机与水下航行体设计理论，提出了超空泡航行体的推进系统夹层结构布局，确定了超空泡航行体总体结构；针对超空泡航行体的滑行运动方式，对超空泡航行体进行受力分析，为开展超空泡航行体结构动力学研究提供了重要基础。采用相对自由度壳单元和等参实体单元建立超空泡航行体单层舱段有限元模型，推导了基于更新拉格朗日格式的航行体结构非线性有限元方程；采用单层等效模型、双层壳体模型和考虑流体影响的充液双层模型，建立了超空泡航行体夹层舱段有限元模型；基于间隙单元接触理论，建立了超空泡航行体轴向盘式连接和径向螺钉连接形式的舱段连接有限元模型。通过算例对航行体结构有限元模型进行了验证，为超空泡航行体结构动力学仿真提供了理论和方法基础。将结构入水理论与ALE有限元仿真方法相结合，建立超空泡航行体尾部流体动力载荷的理论模型和流固耦合仿真模型，...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 超空泡航行体结构建模研究
1.2.2 超空泡航行体载荷特性研究
1.2.3 超空泡航行体动力屈曲研究
1.2.4 超空泡航行体动力响应研究
1.3 本文研究内容及章节安排
第二章 超空泡航行体结构总体分析
2.1 引言
2.2 航行体结构布局设计
2.2.1 冲压进水分析
2.2.2 推进系统结构参数设计
2.3 航行体受力分析
2.3.1 空化器流体动力
2.3.2 重力
2.3.3 推力
2.3.4 尾部流体动力
2.4 小结
第三章 超空泡航行体结构建模研究
3.1 引言
3.2 单层舱段有限元模型
3.2.1 相对自由度壳单元
3.2.2 非线性有限元方程
3.2.3 模型验证
3.3 夹层舱段有限元模型
3.3.1 单层等效模型
3.3.2 双层壳体模型
3.3.3 充液双层模型
3.3.4 模型分析
3.4 舱段连接有限元模型
3.4.1 间隙元接触理论
3.4.2 模型建立
3.4.3 模型验证
3.5 小结
第四章 超空泡航行体载荷特性研究
4.1 引言
4.2 超空泡航行体尾部载荷理论模型
4.2.1 结构入水基本理论
4.2.2 尾部载荷模型
4.3 超空泡航行体尾部载荷仿真模型
4.3.1 ALE 有限元方法
4.3.2 ALE 算法验证
4.3.3 超空泡航行体 ALE 模型
4.4 载荷计算分析
4.4.1 空泡模型
4.4.2 计算配置参数
4.4.3 计算结果
4.5 小结
第五章 超空泡航行体动力屈曲研究
5.1 引言
5.2 动力屈曲计算方法
5.2.1 屈曲载荷描述
5.2.2 动力屈曲计算
5.3 计算结果分析
5.3.1 计算配置参数
5.3.2 计算结果
5.4 小结
第六章 超空泡航行体动力响应研究
6.1 引言
6.2 协同转动有限元方法
6.2.1 协同转动描述
6.2.2 协同转动有限元矩阵
6.3 非保守系统稳定性理论
6.3.1 载荷刚度矩阵
6.3.2 非保守系统稳定性准则
6.4 计算结果分析
6.4.1 计算配置参数
6.4.2 计算结果
6.5 小结
第七章 结论与展望
7.1 论文主要成果及创新点
7.2 进一步工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属/水冲压发动机进水道工作特性[J]. 孙致月,邓飞,张博. 计算机仿真. 2011(09)
[2]考虑接触非线性的航行体出水结构动力学分析[J]. 尤天庆,王聪,曹伟,魏英杰,何春涛. 振动与冲击. 2011(08)
[3]超空泡射弹尾部冲击载荷的仿真研究[J]. 张劲生,张嘉钟,魏英杰,王聪. 哈尔滨工业大学学报. 2011(07)
[4]四边形八节点共旋法平面单元的几何非线性分析[J]. 邓继华,邵旭东,邓潇潇. 工程力学. 2011(07)
[5]超空泡射弹结构响应的流固耦合仿真研究[J]. 张劲生,张嘉钟,王聪,魏英杰. 船舶力学. 2011(07)
[6]超空泡航行器水冲压发动机进水道入口匹配设计[J]. 孙致月,邓飞,张宇文. 机械科学与技术. 2011(07)
[7]轴向载荷下超空泡航行体动力稳定性的数值研究[J]. 施连会,王安稳. 振动与冲击. 2011(02)
[8]超空泡航行器内外流场仿真及性能分析[J]. 向敏,吴雄,张为华,王中伟. 弹箭与制导学报. 2011(01)
[9]超空泡射弹的尾拍载荷与结构响应(英文)[J]. 张劲生,张嘉钟,魏英杰. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2011(01)
[10]大转动三角形平面单元有限元分析的共旋坐标法[J]. 邓继华,邵旭东,蔡松柏,邓潇潇. 长沙理工大学学报(自然科学版). 2010(04)
博士论文
[1]超空泡运动体尾拍冲击振动特性的研究[D]. 张劲生.哈尔滨工业大学 2010
[2]超空泡航行体动力学建模与姿态机动鲁棒控制方法研究[D]. 吕瑞.哈尔滨工业大学 2010
[3]可靠性算法与超空泡航行体结构屈曲可靠性研究[D]. 周凌.哈尔滨工程大学 2010
[4]框架几何非线性分析的若干问题[D]. 张年文.浙江大学 2010
[5]计及结构弹性效应的砰击载荷与响应[D]. 闫发锁.哈尔滨工程大学 2009
[6]镁基燃料水冲压发动机理论分析与试验研究[D]. 胡凡.国防科学技术大学 2008
[7]超空泡航行体的数学建模与控制方法研究[D]. 王茂励.哈尔滨工程大学 2008
[8]水下超高速航行体动力学建模与控制研究[D]. 赵新华.哈尔滨工程大学 2008
[9]斜拉桥非线性理论及极限承载力研究[D]. 周凌远.西南交通大学 2007
[10]带有沙漏控制的有限元冲击动力问题并行计算[D]. 陈丽华.中国农业大学 2001
硕士论文
[1]超空泡高速射弹变深度航行振动特性研究[D]. 钟伟俊.哈尔滨工业大学 2011
[2]应用ALE有限元法对飞机水上迫降过程的流固耦合仿真[D]. 方超.复旦大学 2011
[3]三体船砰击载荷研究[D]. 彭晟.武汉理工大学 2011
[4]三体船砰击响应特性研究[D]. 段芳.哈尔滨工程大学 2011
[5]民机机身结构入水冲击问题数值仿真研究[D]. 宋长福.上海交通大学 2011
[6]基于半解析砰击理论的棱柱形滑行艇“海豚运动”发生界限研究[D]. 倪阳.哈尔滨工程大学 2011
[7]超空泡航行结构屈曲可靠性分析[D]. 许勇.哈尔滨工程大学 2011
[8]水下高速航行体结构振动可靠性分析[D]. 林健.哈尔滨工程大学 2011
[9]壳间连接介质对双层壳声辐射性能的影响[D]. 郭博.哈尔滨工程大学 2010
[10]基于假定应变的新型协同转动四边形曲壳单元研究[D]. 俞冬良.浙江大学 2010
本文编号：3389978
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 超空泡航行体结构建模研究
1.2.2 超空泡航行体载荷特性研究
1.2.3 超空泡航行体动力屈曲研究
1.2.4 超空泡航行体动力响应研究
1.3 本文研究内容及章节安排
第二章 超空泡航行体结构总体分析
2.1 引言
2.2 航行体结构布局设计
2.2.1 冲压进水分析
2.2.2 推进系统结构参数设计
2.3 航行体受力分析
2.3.1 空化器流体动力
2.3.2 重力
2.3.3 推力
2.3.4 尾部流体动力
2.4 小结
第三章 超空泡航行体结构建模研究
3.1 引言
3.2 单层舱段有限元模型
3.2.1 相对自由度壳单元
3.2.2 非线性有限元方程
3.2.3 模型验证
3.3 夹层舱段有限元模型
3.3.1 单层等效模型
3.3.2 双层壳体模型
3.3.3 充液双层模型
3.3.4 模型分析
3.4 舱段连接有限元模型
3.4.1 间隙元接触理论
3.4.2 模型建立
3.4.3 模型验证
3.5 小结
第四章 超空泡航行体载荷特性研究
4.1 引言
4.2 超空泡航行体尾部载荷理论模型
4.2.1 结构入水基本理论
4.2.2 尾部载荷模型
4.3 超空泡航行体尾部载荷仿真模型
4.3.1 ALE 有限元方法
4.3.2 ALE 算法验证
4.3.3 超空泡航行体 ALE 模型
4.4 载荷计算分析
4.4.1 空泡模型
4.4.2 计算配置参数
4.4.3 计算结果
4.5 小结
第五章 超空泡航行体动力屈曲研究
5.1 引言
5.2 动力屈曲计算方法
5.2.1 屈曲载荷描述
5.2.2 动力屈曲计算
5.3 计算结果分析
5.3.1 计算配置参数
5.3.2 计算结果
5.4 小结
第六章 超空泡航行体动力响应研究
6.1 引言
6.2 协同转动有限元方法
6.2.1 协同转动描述
6.2.2 协同转动有限元矩阵
6.3 非保守系统稳定性理论
6.3.1 载荷刚度矩阵
6.3.2 非保守系统稳定性准则
6.4 计算结果分析
6.4.1 计算配置参数
6.4.2 计算结果
6.5 小结
第七章 结论与展望
7.1 论文主要成果及创新点
7.2 进一步工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属/水冲压发动机进水道工作特性[J]. 孙致月,邓飞,张博. 计算机仿真. 2011(09)
[2]考虑接触非线性的航行体出水结构动力学分析[J]. 尤天庆,王聪,曹伟,魏英杰,何春涛. 振动与冲击. 2011(08)
[3]超空泡射弹尾部冲击载荷的仿真研究[J]. 张劲生,张嘉钟,魏英杰,王聪. 哈尔滨工业大学学报. 2011(07)
[4]四边形八节点共旋法平面单元的几何非线性分析[J]. 邓继华,邵旭东,邓潇潇. 工程力学. 2011(07)
[5]超空泡射弹结构响应的流固耦合仿真研究[J]. 张劲生,张嘉钟,王聪,魏英杰. 船舶力学. 2011(07)
[6]超空泡航行器水冲压发动机进水道入口匹配设计[J]. 孙致月,邓飞,张宇文. 机械科学与技术. 2011(07)
[7]轴向载荷下超空泡航行体动力稳定性的数值研究[J]. 施连会,王安稳. 振动与冲击. 2011(02)
[8]超空泡航行器内外流场仿真及性能分析[J]. 向敏,吴雄,张为华,王中伟. 弹箭与制导学报. 2011(01)
[9]超空泡射弹的尾拍载荷与结构响应(英文)[J]. 张劲生,张嘉钟,魏英杰. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2011(01)
[10]大转动三角形平面单元有限元分析的共旋坐标法[J]. 邓继华,邵旭东,蔡松柏,邓潇潇. 长沙理工大学学报(自然科学版). 2010(04)
博士论文
[1]超空泡运动体尾拍冲击振动特性的研究[D]. 张劲生.哈尔滨工业大学 2010
[2]超空泡航行体动力学建模与姿态机动鲁棒控制方法研究[D]. 吕瑞.哈尔滨工业大学 2010
[3]可靠性算法与超空泡航行体结构屈曲可靠性研究[D]. 周凌.哈尔滨工程大学 2010
[4]框架几何非线性分析的若干问题[D]. 张年文.浙江大学 2010
[5]计及结构弹性效应的砰击载荷与响应[D]. 闫发锁.哈尔滨工程大学 2009
[6]镁基燃料水冲压发动机理论分析与试验研究[D]. 胡凡.国防科学技术大学 2008
[7]超空泡航行体的数学建模与控制方法研究[D]. 王茂励.哈尔滨工程大学 2008
[8]水下超高速航行体动力学建模与控制研究[D]. 赵新华.哈尔滨工程大学 2008
[9]斜拉桥非线性理论及极限承载力研究[D]. 周凌远.西南交通大学 2007
[10]带有沙漏控制的有限元冲击动力问题并行计算[D]. 陈丽华.中国农业大学 2001
硕士论文
[1]超空泡高速射弹变深度航行振动特性研究[D]. 钟伟俊.哈尔滨工业大学 2011
[2]应用ALE有限元法对飞机水上迫降过程的流固耦合仿真[D]. 方超.复旦大学 2011
[3]三体船砰击载荷研究[D]. 彭晟.武汉理工大学 2011
[4]三体船砰击响应特性研究[D]. 段芳.哈尔滨工程大学 2011
[5]民机机身结构入水冲击问题数值仿真研究[D]. 宋长福.上海交通大学 2011
[6]基于半解析砰击理论的棱柱形滑行艇“海豚运动”发生界限研究[D]. 倪阳.哈尔滨工程大学 2011
[7]超空泡航行结构屈曲可靠性分析[D]. 许勇.哈尔滨工程大学 2011
[8]水下高速航行体结构振动可靠性分析[D]. 林健.哈尔滨工程大学 2011
[9]壳间连接介质对双层壳声辐射性能的影响[D]. 郭博.哈尔滨工程大学 2010
[10]基于假定应变的新型协同转动四边形曲壳单元研究[D]. 俞冬良.浙江大学 2010
本文编号：3389978
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