發(fā)布時(shí)間：2020-10-17 13:17

　　 物體入水問題是一類十分復(fù)雜的強(qiáng)非線性沖擊動力學(xué)問題。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題,發(fā)現(xiàn)物體入水過程中各個(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,以減小入水過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,是研究物體入水問題的最重要?jiǎng)訖C(jī)。本文通過試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值結(jié)果對比的方法驗(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程。接著對三維圓錐體的垂向自由入水過程和斜向自由入水過程進(jìn)行了大量的模擬計(jì)算。著重考察垂向入水過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。在斜入水過程中圓錐體受到自由面的轉(zhuǎn)矩作用,宏觀表現(xiàn)為圓錐體在下落過程中將繞Y軸旋轉(zhuǎn)。另外,在斜入水問題中,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。還對三維楔形體在斜向勻速入水過程中產(chǎn)生的空泡現(xiàn)象進(jìn)行了模擬計(jì)算。著重探究楔形體周圍自由面變化,背流區(qū)空泡發(fā)展程度,以及楔形體周圍流場的壓力分布情況。討論了幾何不對稱程度和運(yùn)動不對稱程度對楔形體斜入水問題類型的影響。結(jié)果表明根據(jù)不對稱程度的大小,楔形體的斜入水問題可以劃分為第一類砰擊問題和第二類砰擊問題。兩類砰擊問題的自由面變化、空泡發(fā)展程度以及流場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)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O352
【部分圖文】：

船艙入水而沉沒。Von Karman(1929)通過研究發(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~雷、火箭助推導(dǎo)彈在空氣中穿過自由面進(jìn)入水中的過程中也受到很強(qiáng)的砰擊載荷，容易導(dǎo)致魚雷和導(dǎo)彈內(nèi)部儀器失靈，失去對彈道的控制，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，研究砰擊過程中產(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)動的物體斜面。第三類，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)。早開展對物體入水問題的實(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)觀察到剛性球體入水時(shí)的深閉合 1.2 為深閉合演化過程圖。

圖 3.1 圓錐體入水問題的坐標(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)動的圓柱體網(wǎng)格。兩個(gè)網(wǎng)格之間通過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

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

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本文編號：2844828