结构物入水的数值和实验研究
发布时间：2023-03-23 04:59
入水问题在军工业方面、船舶工业方面以及仿生学方面具有广泛的应用。在入水问题的数值求解过程中,自由液面的大变形成为传统网格法处理入水问题的难点。由于SPH方法具有易于处理自由液面的大变形,本文采用两相SPH方法求解结构物入水过程。并且利用直线电机研制可以精确控制速度的入水实验装置,开展结构物入水实验研究,为SPH数值结果提供依据。本文针对入水问题开展实验和数值研究,分析入水过程中冲击载荷、结构物上的压力分布、精细流场以及入水后期的空泡演化过程。发展基于气、液的两相SPH方法,分别模拟了二维和三维的算例。建立基于PIV系统的结构物入水流场测量方法,进行结构物入水空泡演化以及精细流场测量的基准实验,与数值结果进行比照。本文的主要工作如下:首先介绍入水问题的三个研究方向:入水冲击载荷、入水空泡演化以及入水弹道轨迹。详细介绍入水问题研究的国内外研究进展,从理论、实验和数值三方面详细阐述了入水问题的研究现状。在数值模拟方面,比较网格法以及无网格法在处理入水问题的优缺点。详细介绍SPH方法的发展历程,为本文工作的开展提供借鉴和指导。推导三维入水问题两相SPH模型。给出三维入水问题的力学模型,并推导S...
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 入水问题研究分类
1.2 入水问题的研究现状
1.2.1 入水问题的研究进展
1.2.2 传统的网格法模拟入水问题
1.2.3 光滑粒子流体动力学(SPH方法)
1.3 本文的研究内容
第二章 三维入水问题的SPH模型
2.1 三维入水问题的力学模型
2.2 SPH模型
2.3 SPH形式的流体动力学方程
2.4 SPH方法的辅助方程
2.5 粒子搜索法
2.6 SPH方法的边界处理
2.6.1 排斥力法
2.6.2 镜像法
2.6.3 耦合边界法
2.6.4 改良的耦合边界法
2.7 时间积分
2.8 气-液两相SPH模型
2.9 验证算例
2.9.1 溃坝撞击直墙的问题
2.9.2 收敛性验证
2.9.2.1 粒子间距对收敛性的影响
2.9.2.2 时间步长对收敛性的影响
2.9.3 二维圆柱体入水问题
2.9.3.1 常速入水问题
2.9.3.2 自由入水问题
2.10 本章小结
第三章 入水水动力载荷与空泡演化实验及测量方法
3.1 引言
3.2 机理性实验装置
3.3 入水冲击载荷测量方法
3.3.1 三分力天平
3.3.2 直线电机
3.4 空泡演化测量
3.5 精细流场测量
3.6 典型实验工况测量结果
3.6.1 楔形体垂直匀速入水
3.6.2 圆盘垂直匀速入水
3.7 本章小结
第四章 二维结构物入水
4.1 引言
4.2 常速入水
4.2.1 理论模型
4.2.2 冲击载荷
4.2.3 精细流场
4.2.4 压力分布
4.2.5 空泡演化
4.3 自由入水
4.3.1 楔形体自由入水
4.3.1.1 参数定义
4.3.1.2工况01
4.3.1.3工况05
4.3.2 船型结构物自由入水
4.3.3 盲算对比结果
4.4 本章小结
第五章 回转体入水
5.1 引言
5.2 圆盘
5.2.1 实验模型
5.2.2 柱坐标系下的SPH方程
5.2.3 结果和讨论
5.2.3.1 冲击载荷
5.2.3.2 精细流场
5.2.3.3 空泡闭合
5.3 圆柱-圆盘组合体
5.3.1 实验模型
5.3.2 空泡闭合分类
5.3.3 结果和讨论
5.3.3.1 第一类空泡闭合
5.3.3.2 第二类空泡闭合
5.3.3.3 第三类空泡闭合
5.3.3.4 第四类空泡闭合
5.3.3.5 定量分析
5.4 本章小结
第六章 三维结构物入水的两相SPH研究
6.1 引言
6.2 三维溃坝问题
6.3 圆球入水
6.3.1 垂直入水
6.3.2 斜入水
6.4 本章小结
第七章 总结和展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
本文编号：3768330
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 入水问题研究分类
1.2 入水问题的研究现状
1.2.1 入水问题的研究进展
1.2.2 传统的网格法模拟入水问题
1.2.3 光滑粒子流体动力学(SPH方法)
1.3 本文的研究内容
第二章 三维入水问题的SPH模型
2.1 三维入水问题的力学模型
2.2 SPH模型
2.3 SPH形式的流体动力学方程
2.4 SPH方法的辅助方程
2.5 粒子搜索法
2.6 SPH方法的边界处理
2.6.1 排斥力法
2.6.2 镜像法
2.6.3 耦合边界法
2.6.4 改良的耦合边界法
2.7 时间积分
2.8 气-液两相SPH模型
2.9 验证算例
2.9.1 溃坝撞击直墙的问题
2.9.2 收敛性验证
2.9.2.1 粒子间距对收敛性的影响
2.9.2.2 时间步长对收敛性的影响
2.9.3 二维圆柱体入水问题
2.9.3.1 常速入水问题
2.9.3.2 自由入水问题
2.10 本章小结
第三章 入水水动力载荷与空泡演化实验及测量方法
3.1 引言
3.2 机理性实验装置
3.3 入水冲击载荷测量方法
3.3.1 三分力天平
3.3.2 直线电机
3.4 空泡演化测量
3.5 精细流场测量
3.6 典型实验工况测量结果
3.6.1 楔形体垂直匀速入水
3.6.2 圆盘垂直匀速入水
3.7 本章小结
第四章 二维结构物入水
4.1 引言
4.2 常速入水
4.2.1 理论模型
4.2.2 冲击载荷
4.2.3 精细流场
4.2.4 压力分布
4.2.5 空泡演化
4.3 自由入水
4.3.1 楔形体自由入水
4.3.1.1 参数定义
4.3.1.2工况01
4.3.1.3工况05
4.3.2 船型结构物自由入水
4.3.3 盲算对比结果
4.4 本章小结
第五章 回转体入水
5.1 引言
5.2 圆盘
5.2.1 实验模型
5.2.2 柱坐标系下的SPH方程
5.2.3 结果和讨论
5.2.3.1 冲击载荷
5.2.3.2 精细流场
5.2.3.3 空泡闭合
5.3 圆柱-圆盘组合体
5.3.1 实验模型
5.3.2 空泡闭合分类
5.3.3 结果和讨论
5.3.3.1 第一类空泡闭合
5.3.3.2 第二类空泡闭合
5.3.3.3 第三类空泡闭合
5.3.3.4 第四类空泡闭合
5.3.3.5 定量分析
5.4 本章小结
第六章 三维结构物入水的两相SPH研究
6.1 引言
6.2 三维溃坝问题
6.3 圆球入水
6.3.1 垂直入水
6.3.2 斜入水
6.4 本章小结
第七章 总结和展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
本文编号：3768330
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3768330.html
