航道边界形状对移动载荷激励冰层位移响应特性的影响研究

发布时间：2021-03-09 21:23

　　基于欧拉-拉格朗日流体与固体耦合算法,针对移动载荷激励冰层响应问题开展了数值模拟。对均匀水深条件下的冰层位移响应进行了数值计算并与实验结果进行对比分析,发现二者获得的临界速度值、冰层位移响应波形特征以及最大下陷值都吻合较好,说明所采用的数值计算方法是可靠、有效的。针对限制水域不同航道边界形状条件下移动荷载激励冰层位移响应和载荷临界速度进行了数值模拟,得到了航道边界形状对位移响应和临界速度的影响规律,结果表明:不同截面形状直航道条件下,当矩形截面变化到梯形截面时,临界速度变小,且各速度下冰层最大下陷位移也相应变小;矩形截面形状弯曲航道条件下,临界速度仍存在,且该临界速度对应的冰层最大下陷位移幅值比直航道条件下大。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(02)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

直航道模型示意图

使用Ls-dyna的前处理软件得到数值计算所需要的几何模型与网格模型。以矩形截面情况为例,给出了如图3所示的计算模型示意图。几何模型从上到下依次是空气层、移动载荷、冰层和水层,网格模型(为方便观察仅给出了柔性垫、冰层和水层的网格,空气层网格没有在图中给出)采用Solid164实体单元对几何模型进行网格划分,经网格无关性验证后考虑计算精度和计算速度后,确定水层网格数为50 100,空气层网格数为29 900,冰层网格数为19 800,柔性垫网格数为200,总计网格数为100 000。其中柔性垫、冰层与水层和空气层的网格存在重合,且空气层与水层的交界面的节点相同。边界条件的设置为:空气层和水层的左端、右端以及空气层、冰层和水层的左侧表面施加固壁约束,水底表面施加固壁约束,所有几何模型的对称面施加对称约束,冰层和柔性垫之间施加接触算法。初始条件的设置为:柔性垫的速度通过关键字*INITIAL_VELOCITY_GENERATION进行加载,所有节点的重力加速度则通过关键字*LOAD_BODY_GENERALIZED进行加载。

边界条件的设置为:空气层和水层的左端、右端以及空气层、冰层和水层的左侧表面施加固壁约束,水底表面施加固壁约束,所有几何模型的对称面施加对称约束,冰层和柔性垫之间施加接触算法。初始条件的设置为:柔性垫的速度通过关键字*INITIAL_VELOCITY_GENERATION进行加载,所有节点的重力加速度则通过关键字*LOAD_BODY_GENERALIZED进行加载。冰层的力学性质与冰层的成分、形成过程等因素密切相关,不同性质的冰层,其力学参数有所不同。参考Kozin等研究中冰层的参数,取其密度为ρ1=900 kg/m3,杨氏模量为5 000 MPa,泊松比为1/3。空气和水采用线性多项式状态方程描述,空气和水的密度分别为1.25 kg/m3,1 000 kg/m3。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Rankine源法的气垫船破冰数值模拟[J]. 李宇辰,刘巨斌,丁志勇,张志宏.  振动与冲击. 2017(23)
[2]匀速移动载荷激励浮冰层大幅响应的临界速度[J]. 张志宏,鹿飞飞,丁志勇,李宇辰.  华中科技大学学报(自然科学版). 2016(02)
[3]航行气垫船激励浮冰响应的模型实验研究[J]. 张志宏,顾建农,王冲,胡明勇,卢再华,鹿飞飞.  力学学报. 2014(05)
[4]全垫升式气垫船破冰过程的数值模拟[J]. 卢再华,张志宏,胡明勇,姚俊,张辽远.  振动与冲击. 2012(24)



本文编号：3073499