入水問(wèn)題在軍工業(yè)方面、船舶工業(yè)方面以及仿生學(xué)方面具有廣泛的應(yīng)用。在入水問(wèn)題的數(shù)值求解過(guò)程中,自由液面的大變形成為傳統(tǒng)網(wǎng)格法處理入水問(wèn)題的難點(diǎn)。由于SPH方法具有易于處理自由液面的大變形,本文采用兩相SPH方法求解結(jié)構(gòu)物入水過(guò)程。并且利用直線電機(jī)研制可以精確控制速度的入水實(shí)驗(yàn)裝置,開展結(jié)構(gòu)物入水實(shí)驗(yàn)研究,為SPH數(shù)值結(jié)果提供依據(jù)。本文針對(duì)入水問(wèn)題開展實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究,分析入水過(guò)程中沖擊載荷、結(jié)構(gòu)物上的壓力分布、精細(xì)流場(chǎng)以及入水后期的空泡演化過(guò)程。發(fā)展基于氣、液的兩相SPH方法,分別模擬了二維和三維的算例。建立基于PIV系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)物入水流場(chǎng)測(cè)量方法,進(jìn)行結(jié)構(gòu)物入水空泡演化以及精細(xì)流場(chǎng)測(cè)量的基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),與數(shù)值結(jié)果進(jìn)行比照。本文的主要工作如下:首先介紹入水問(wèn)題的三個(gè)研究方向:入水沖擊載荷、入水空泡演化以及入水彈道軌跡。詳細(xì)介紹入水問(wèn)題研究的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展,從理論、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值三方面詳細(xì)闡述了入水問(wèn)題的研究現(xiàn)狀。在數(shù)值模擬方面,比較網(wǎng)格法以及無(wú)網(wǎng)格法在處理入水問(wèn)題的優(yōu)缺點(diǎn)。詳細(xì)介紹SPH方法的發(fā)展歷程,為本文工作的開展提供借鑒和指導(dǎo)。推導(dǎo)三維入水問(wèn)題兩相SPH模型。給出三維入水問(wèn)題的力學(xué)模型,并推導(dǎo)S...

【文章頁(yè)數(shù)】：165 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 入水問(wèn)題研究分類
    1.2 入水問(wèn)題的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 入水問(wèn)題的研究進(jìn)展
        1.2.2 傳統(tǒng)的網(wǎng)格法模擬入水問(wèn)題
        1.2.3 光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(SPH方法)
    1.3 本文的研究?jī)?nèi)容
第二章 三維入水問(wèn)題的SPH模型
    2.1 三維入水問(wèn)題的力學(xué)模型
    2.2 SPH模型
    2.3 SPH形式的流體動(dòng)力學(xué)方程
    2.4 SPH方法的輔助方程
    2.5 粒子搜索法
    2.6 SPH方法的邊界處理
        2.6.1 排斥力法
        2.6.2 鏡像法
        2.6.3 耦合邊界法
        2.6.4 改良的耦合邊界法
    2.7 時(shí)間積分
    2.8 氣-液兩相SPH模型
    2.9 驗(yàn)證算例
        2.9.1 潰壩撞擊直墻的問(wèn)題
        2.9.2 收斂性驗(yàn)證
            2.9.2.1 粒子間距對(duì)收斂性的影響
            2.9.2.2 時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)收斂性的影響
        2.9.3 二維圓柱體入水問(wèn)題
            2.9.3.1 常速入水問(wèn)題
            2.9.3.2 自由入水問(wèn)題
    2.10 本章小結(jié)
第三章 入水水動(dòng)力載荷與空泡演化實(shí)驗(yàn)及測(cè)量方法
    3.1 引言
    3.2 機(jī)理性實(shí)驗(yàn)裝置
    3.3 入水沖擊載荷測(cè)量方法
        3.3.1 三分力天平
        3.3.2 直線電機(jī)
    3.4 空泡演化測(cè)量
    3.5 精細(xì)流場(chǎng)測(cè)量
    3.6 典型實(shí)驗(yàn)工況測(cè)量結(jié)果
        3.6.1 楔形體垂直勻速入水
        3.6.2 圓盤垂直勻速入水
    3.7 本章小結(jié)
第四章 二維結(jié)構(gòu)物入水
    4.1 引言
    4.2 常速入水
        4.2.1 理論模型
        4.2.2 沖擊載荷
        4.2.3 精細(xì)流場(chǎng)
        4.2.4 壓力分布
        4.2.5 空泡演化
    4.3 自由入水
        4.3.1 楔形體自由入水
            4.3.1.1 參數(shù)定義
            4.3.1.2工況01
            4.3.1.3工況05
        4.3.2 船型結(jié)構(gòu)物自由入水
        4.3.3 盲算對(duì)比結(jié)果
    4.4 本章小結(jié)
第五章 回轉(zhuǎn)體入水
    5.1 引言
    5.2 圓盤
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?br>        5.2.2 柱坐標(biāo)系下的SPH方程
        5.2.3 結(jié)果和討論
            5.2.3.1 沖擊載荷
            5.2.3.2 精細(xì)流場(chǎng)
            5.2.3.3 空泡閉合
    5.3 圓柱-圓盤組合體
        5.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?br>        5.3.2 空泡閉合分類
        5.3.3 結(jié)果和討論
            5.3.3.1 第一類空泡閉合
            5.3.3.2 第二類空泡閉合
            5.3.3.3 第三類空泡閉合
            5.3.3.4 第四類空泡閉合
            5.3.3.5 定量分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 三維結(jié)構(gòu)物入水的兩相SPH研究
    6.1 引言
    6.2 三維潰壩問(wèn)題
    6.3 圓球入水
        6.3.1 垂直入水
        6.3.2 斜入水
    6.4 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)和展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文



本文編號(hào)：3768330