物體入水問(wèn)題是一類(lèi)十分復(fù)雜的強(qiáng)非線(xiàn)性沖擊動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。它具有廣泛的研究背景和深刻的研究意義。深入研究物體入水問(wèn)題,發(fā)現(xiàn)物體入水過(guò)程中各個(gè)物理量的變化規(guī)律,以此為基礎(chǔ)去改進(jìn)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或者物體外表面型線(xiàn),以減小入水過(guò)程中自由液面的影響,避免結(jié)構(gòu)破壞、儀器失靈、彈道失控等事故的發(fā)生,是研究物體入水問(wèn)題的最重要?jiǎng)訖C(jī)。本文通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值結(jié)果對(duì)比的方法驗(yàn)證了利用計(jì)算流體力學(xué)軟件STAR-CCM+模擬物體入水問(wèn)題的可行性和準(zhǔn)確性。結(jié)果表明STAR-CCM+可以準(zhǔn)確高效地模擬物體入水過(guò)程。接著對(duì)三維圓錐體的垂向自由入水過(guò)程和斜向自由入水過(guò)程進(jìn)行了大量的模擬計(jì)算。著重考察垂向入水過(guò)程中圓錐體受到自由面的砰擊載荷、加速度以及速度隨時(shí)間的變化情況,以及斜向入水過(guò)程中圓錐體受到的轉(zhuǎn)矩、角速度、橫向物理分量和垂向物理分量各自的變化情況。結(jié)果表明圓錐體的密度、底升角、入水速度和入水角度對(duì)圓錐體的砰擊載荷和加速度等物理量均有影響。在斜入水過(guò)程中圓錐體受到自由面的轉(zhuǎn)矩作用,宏觀(guān)表現(xiàn)為圓錐體在下落過(guò)程中將繞Y軸旋轉(zhuǎn)。另外,在斜入水問(wèn)題中,圓錐體的砰擊載荷存在二次砰擊現(xiàn)象,且隨入水角度的增大該現(xiàn)象愈加明顯。還對(duì)三維楔形體在斜向勻速入水過(guò)程中產(chǎn)生的空泡現(xiàn)象進(jìn)行了模擬計(jì)算。著重探究楔形體周?chē)杂擅孀兓?背流區(qū)空泡發(fā)展程度,以及楔形體周?chē)鲌?chǎng)的壓力分布情況。討論了幾何不對(duì)稱(chēng)程度和運(yùn)動(dòng)不對(duì)稱(chēng)程度對(duì)楔形體斜入水問(wèn)題類(lèi)型的影響。結(jié)果表明根據(jù)不對(duì)稱(chēng)程度的大小,楔形體的斜入水問(wèn)題可以劃分為第一類(lèi)砰擊問(wèn)題和第二類(lèi)砰擊問(wèn)題。兩類(lèi)砰擊問(wèn)題的自由面變化、空泡發(fā)展程度以及流場(chǎng)壓力分布情況各不相同。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：O352
【部分圖文】：

船艙入水而沉沒(méi)。Von Karman(1929)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)如果海上飛機(jī)被波浪抬升至 80cm 的高度，他會(huì)以自由落體的方式落下，速度達(dá)到 4m／s，產(chǎn)生的壓力可達(dá) 0.7 個(gè)大氣壓力�？胀遏~(yú)雷、火箭助推導(dǎo)彈在空氣中穿過(guò)自由面進(jìn)入水中的過(guò)程中也受到很強(qiáng)的砰擊載荷，容易導(dǎo)致魚(yú)雷和導(dǎo)彈內(nèi)部?jī)x器失靈，失去對(duì)彈道的控制，造成不可估量的損失。圖 1.1分別展示了船體艏部上浪、水上飛機(jī)降落、海洋平臺(tái)和載人潛器入水等與自由面發(fā)生入水砰擊的現(xiàn)象。（a）船體上浪砰擊 （b）水上飛機(jī)降落

第 1 章 緒論構(gòu)底部和自由面之間存在一個(gè)封閉的氣層。第二類(lèi)，研究砰擊過(guò)程中產(chǎn)生體卷曲、破碎和分離、飛濺的現(xiàn)象。這個(gè)現(xiàn)象多發(fā)生在高速運(yùn)動(dòng)的物體斜面。第三類(lèi)，忽略氣墊效應(yīng)以及空泡現(xiàn)象，僅僅關(guān)注物體入水時(shí)的最大慮流體對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用大小。這也是被研究最多的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。早開(kāi)展對(duì)物體入水問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究工作的是 A. M. Worthington，他在 19]中，運(yùn)用閃光攝影技術(shù)記錄下球體以一定速度入水時(shí)流體的分離飛濺和深據(jù)他的實(shí)驗(yàn)思想，后人利用高速攝像技術(shù)觀(guān)察到剛性球體入水時(shí)的深閉合 1.2 為深閉合演化過(guò)程圖。

圖 3.1 圓錐體入水問(wèn)題的坐標(biāo)系兩個(gè)部分分別生成，一個(gè)是代表整個(gè)計(jì)算域的靜止的圓柱體錐體的運(yùn)動(dòng)的圓柱體網(wǎng)格。兩個(gè)網(wǎng)格之間通過(guò)建立具有重疊傳遞和網(wǎng)格更新。兩個(gè)網(wǎng)格使用不同的基礎(chǔ)網(wǎng)格尺寸，并且錐體附近和自由表面附近進(jìn)行網(wǎng)格加密，在保證網(wǎng)格尺寸格數(shù)，以減小計(jì)算時(shí)間，提高計(jì)算效率。由于所建立的幾方式建立一半的幾何模型和網(wǎng)格模型，既有利于觀(guān)察錐體入和效率。最終得到的圓錐體入水幾何模型和網(wǎng)格模型如圖
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 孫士麗;吳國(guó)雄;;有限水深中非軸對(duì)稱(chēng)體斜向入水砰擊問(wèn)題研究[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯;2013年04期

2 倪寶玉;孫士麗;孫龍泉;張成;;彈體落水過(guò)程中附加質(zhì)量變化影響研究[J];振動(dòng)與沖擊;2012年14期

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2 趙新勝;礦井瓦斯爆炸再現(xiàn)技術(shù)研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2844828