【摘要】：當(dāng)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(qiáng)烈的砰擊載荷,嚴(yán)重的會導(dǎo)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(zhǔn)確預(yù)報(bào)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(jì)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(jìn)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(yàn)測得的壓力與仿真值作對比驗(yàn)證了仿真計(jì)算的可行性與準(zhǔn)確性。本文主要工作如下:1.設(shè)計(jì)開展了鋼制楔形體板架的自由下落入水砰擊試驗(yàn),測量了楔形體模型在砰擊過程中的砰擊壓力,分析試驗(yàn)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(yùn)用基于光滑粒子流體動力學(xué)(SPH)方法的開源軟件DualSPHysics對二維楔形體自由下落砰擊入水進(jìn)行了模擬研究,計(jì)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(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該數(shù)值方法的準(zhǔn)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(jìn)行了簡化仿真計(jì)算,求得了M型船體入水砰擊時的運(yùn)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(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U661.4
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 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(jì)圖光滑核函數(shù)不是隨便取的，必須滿足以下幾點(diǎn)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(diǎn)可以使用各種命令來創(chuàng)建不同的對象，如點(diǎn)、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(yùn)動：線性運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)、正弦運(yùn)Hysics 后處理

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4 于鵬W

本文編號：2764167