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结构高速入水仿真模拟

郑金伟  
【摘要】: 结构高速入水时,由于入水条件不同,所受砰击力会不同。本文主要利用计算机软件对结构高速入水问题进行了模拟,分别得到了在不同的入水条件下,结构头部所受加速度和压力峰值的变化曲线,压力峰值随入水角度和入水速度的变化曲线,最后模拟了结构高速垂直入水时的液面变化,其结果对于结构的安全性设计及抗冲击性能的设计具有重要的参考价值。 本文首先从软件ANSYS/LS-DYNA在模拟高速问题上的适用性出发。主要是分析了要得到“稳定,无穿透,收敛”解的条件和影响参数。并且对几个较敏感的参数作了相关的讨论。 在以上研究的基础上,本文对刚体椭圆头结构高速入水情形作了详尽的计算分析,得到了入水冲击的影响因素和相应的变化曲线。通过数据处理,拟合出了在相同入水角度下,入水载荷跟入水速度关系式,同时分析了载荷作用,流场分布以及冲击波的传播特点。 本文还对结构垂直入水后的运动情况作了模拟,分别模拟了空腔的形成,液面变化,溅水、结构运动方向的改变。研究了转向点的位置跟入水速度的关系。同时,模拟了二维刚体结构垂直入水空腔深度闭合的情景,并且在闭合的位置观察到了低压现象。 最后本文作了结构入水缓冲方面的探讨,模拟了气囊在高速入水缓冲的算例,阐述了其减小冲击载荷的原因,本文还采用FE/SPH相结合的方法模拟了高速入水问题。


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