物体入水的自由面效应研究

发布时间：2020-10-17 13:17

　　 物体入水问题是一类十分复杂的强非线性冲击动力学问题。它具有广泛的研究背景和深刻的研究意义。深入研究物体入水问题,发现物体入水过程中各个物理量的变化规律,以此为基础去改进物体内部结构强度或者物体外表面型线,以减小入水过程中自由液面的影响,避免结构破坏、仪器失灵、弹道失控等事故的发生,是研究物体入水问题的最重要动机。本文通过试验结果和数值结果对比的方法验证了利用计算流体力学软件STAR-CCM+模拟物体入水问题的可行性和准确性。结果表明STAR-CCM+可以准确高效地模拟物体入水过程。接着对三维圆锥体的垂向自由入水过程和斜向自由入水过程进行了大量的模拟计算。着重考察垂向入水过程中圆锥体受到自由面的砰击载荷、加速度以及速度随时间的变化情况,以及斜向入水过程中圆锥体受到的转矩、角速度、横向物理分量和垂向物理分量各自的变化情况。结果表明圆锥体的密度、底升角、入水速度和入水角度对圆锥体的砰击载荷和加速度等物理量均有影响。在斜入水过程中圆锥体受到自由面的转矩作用,宏观表现为圆锥体在下落过程中将绕Y轴旋转。另外,在斜入水问题中,圆锥体的砰击载荷存在二次砰击现象,且随入水角度的增大该现象愈加明显。还对三维楔形体在斜向匀速入水过程中产生的空泡现象进行了模拟计算。着重探究楔形体周围自由面变化,背流区空泡发展程度,以及楔形体周围流场的压力分布情况。讨论了几何不对称程度和运动不对称程度对楔形体斜入水问题类型的影响。结果表明根据不对称程度的大小,楔形体的斜入水问题可以划分为第一类砰击问题和第二类砰击问题。两类砰击问题的自由面变化、空泡发展程度以及流场压力分布情况各不相同。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O352
【部分图文】：

船舱入水而沉没。Von Karman(1929)通过研究发现如果海上飞机被波浪抬升至 80cm 的高度，他会以自由落体的方式落下，速度达到 4m／s，产生的压力可达 0.7 个大气压力。空投鱼雷、火箭助推导弹在空气中穿过自由面进入水中的过程中也受到很强的砰击载荷，容易导致鱼雷和导弹内部仪器失灵，失去对弹道的控制，造成不可估量的损失。图 1.1分别展示了船体艏部上浪、水上飞机降落、海洋平台和载人潜器入水等与自由面发生入水砰击的现象。（a）船体上浪砰击 （b）水上飞机降落

第 1 章 绪论构底部和自由面之间存在一个封闭的气层。第二类，研究砰击过程中产生体卷曲、破碎和分离、飞溅的现象。这个现象多发生在高速运动的物体斜面。第三类，忽略气垫效应以及空泡现象，仅仅关注物体入水时的最大虑流体对结构的破坏作用大小。这也是被研究最多的传统实验。早开展对物体入水问题的实验研究工作的是 A. M. Worthington，他在 19]中，运用闪光摄影技术记录下球体以一定速度入水时流体的分离飞溅和深据他的实验思想，后人利用高速摄像技术观察到刚性球体入水时的深闭合 1.2 为深闭合演化过程图。

图 3.1 圆锥体入水问题的坐标系两个部分分别生成，一个是代表整个计算域的静止的圆柱体锥体的运动的圆柱体网格。两个网格之间通过建立具有重叠传递和网格更新。两个网格使用不同的基础网格尺寸，并且锥体附近和自由表面附近进行网格加密，在保证网格尺寸格数，以减小计算时间，提高计算效率。由于所建立的几方式建立一半的几何模型和网格模型，既有利于观察锥体入和效率。最终得到的圆锥体入水几何模型和网格模型如图
【参考文献】

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相关硕士学位论文 前2条

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本文编号：2844828