【摘要】：當船舶高速航行或者在惡劣海況下航行時,船體首部會反復(fù)的砰擊水面,船體結(jié)構(gòu)會受到強烈的砰擊載荷,嚴重的會導致局部結(jié)構(gòu)變形甚至破壞,會影響船舶的航行安全甚至威脅到船內(nèi)人員的生命安全。所以準確預(yù)報船首結(jié)構(gòu)砰擊入水時的結(jié)構(gòu)響應(yīng)對于船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及優(yōu)化有重要意義。結(jié)構(gòu)物砰擊入水涉及到自由液面大變形的問題,而SPH方法在處理這一類方法時具有很好的優(yōu)勢,因此本文采用SPH方法對典型的二維楔形體的砰擊入水問題進行了仿真模擬,給出了二維楔形體在多種工況下砰擊入水過程中的速度、加速度和砰擊壓力的分布情況,并通過鋼制楔形體自由下落砰擊試驗測得的壓力與仿真值作對比驗證了仿真計算的可行性與準確性。本文主要工作如下:1.設(shè)計開展了鋼制楔形體板架的自由下落入水砰擊試驗,測量了楔形體模型在砰擊過程中的砰擊壓力,分析試驗數(shù)據(jù)給出了下落高度工況下楔形體邊界的砰擊壓力分布,總結(jié)了壓力分布規(guī)律及其受入水速度的影響。2.運用基于光滑粒子流體動力學(SPH)方法的開源軟件DualSPHysics對二維楔形體自由下落砰擊入水進行了模擬研究,計算了砰擊過程中的速度、加速度和砰擊壓力等響應(yīng)信息。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)驗證了該數(shù)值方法的準確性,然后探討了下落高度、模型質(zhì)量、底升角大小以及入水方向?qū)ε閾繇憫?yīng)的影響。最后對M型船體結(jié)構(gòu)的砰擊入水進行了簡化仿真計算,求得了M型船體入水砰擊時的運動特性與壓力極值出現(xiàn)的位置,為M型船體抗砰擊性能結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了建議。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U661.4
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位論 文緒論研究背景和意義結(jié)構(gòu)物與流體的砰擊是自然界最常見的現(xiàn)象之一，尤其是在航空航天，海洋與船舶工程等領(lǐng)域。比如水上飛行器的水上著陸、航天器返回艙水面著陸、外拋式救生艇入水、海洋平臺和岸邊設(shè)施遭受波浪沖擊等都屬于砰擊問題。在船舶領(lǐng)域，砰擊問題一直都是一個值得關(guān)注的課題，船舶砰擊分為船首砰擊、甲板上浪砰擊、船體外張砰擊、液體晃蕩等多個方面[1]。

圖 2.1 SPH 核函數(shù)估計圖光滑核函數(shù)不是隨便取的，必須滿足以下幾點條件：（1） 正則化條件，即函數(shù)在積分區(qū)域內(nèi)的的積分值應(yīng)為 1:∫ （ ′ ） ′ （2（2） 緊支性條件： ( ′， ) ， | ′| （2（3） 對稱性條件 ( ′， ) ( ′ ， ) (| ′|， ) （2（4） 衰減性條件，光滑核函數(shù)隨著粒子距離的增加單調(diào)遞減。光滑核函數(shù)常用的光滑函數(shù)如下所示：

圖 2-2 DualSPHysics 前處理程序是采用三維笛卡爾網(wǎng)格來定位創(chuàng)建粒子的，先定義對定義幾何圖形邊緣的粒子，最后在圖形內(nèi)部的網(wǎng)格節(jié)點可以使用各種命令來創(chuàng)建不同的對象，如點、線、三角棱鏡、球體等幾何圖形，對于更復(fù)雜的幾何圖形可以從外部對象。這些文件（3DS 或 CAD）必須轉(zhuǎn)換為 STL 格，這些格式可由 GenCase 輕松加載。STL，PLY 或 VT object.vtk，object.stl 或 object.ply）都可以分成不同的三 GenCase 代碼轉(zhuǎn)換為粒子。粒子可以被定義為不同類型：流體粒子、邊界粒子或浮的粒子施加不同種類的運動：線性運動、旋轉(zhuǎn)、正弦運Hysics 后處理

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本文編號：2764167