结构物入水砰击过程数值分析

采用MSC.Dytran软件对二维楔形体入水砰击过程进行数值模拟,分析考虑空气和重力因素的液面变化情况,总结入水速度、入水角度与砰击载荷的关系;对三维刚性船舶尾部结构入水砰击问题进行研究,得到曲率变化对结构砰击载荷的影响规律。     

波浪作用下三维楔形体入水砰击数值模拟

当船舶航行于恶劣海况时,船舶会发生砰击现象。砰击现象是指船体发生剧烈的摇荡运动导致出水并再次入水,由于船舶入水砰击是瞬态过程,所以会在短时间内产生巨大的砰击压力,造成船体的变形甚至失效,因此准确预报入水砰击压力对保证船舶安全航行和作业具有重要意义。本文建立三维楔形体模型来模拟船首部位,结合有限体积法与动网格技术,引入VOF模型,数值模拟了波浪作用下不同刚度三维楔形体垂直入水的过程。研究发现不同刚度的三维楔形体分别入水的过程中,弹性结构入水砰击压力的峰值要小于刚性结构,弹性效应会一定程度减缓砰击的发生,为今后工程实践提供有价值的参考。     

二维楔形体入水砰击的数值仿真

利用MSC.Dytran动力学软件研究了二维楔形体的入水砰击问题。建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型,其中,流体域用Euler单元来模拟,结构部分用Langrange单元来模拟,采用一般耦合算法,同时计及重力的影响。本文分别对刚体等速入水和弹性楔形体初速度入水进行了数值计算,发现数值仿真的压力结果比理论值略微偏小,而自由液面的变化情况与试验和理论分析基本一致。结果还表明,不同冲击速度下流固耦合效应对弹性结构的动响应有着不同程度的影响。     

风浪作用下滑落式救生艇入水姿态及砰击载荷研究

针对某滑落式救生艇在风浪作用下抛落入水的问题,研究了风浪环境中不同乘载状态下救生艇空中抛落及入水砰击载荷特性。根据滑落式救生艇的数值模型,利用STAR CCM+软件对满载、前半载、后半载3种乘载状态救生艇抛落和入水过程进行了数值模拟,分析了救生艇姿态角度、速度及砰击载荷特性的变化。研究结果对救生艇乘员生命安全和救生艇结构设计都具有十分重要的参考意义。     

基于重叠网格法的结构物入水砰击研究

采用重叠网格法，对楔形体的入水砰击问题进行模拟。将数值计算结果与试验数据比较，验证了该数值方法的有效性；在此基础之上，探究斜升角、初始速度和下落高度对楔形体入水砰击的影响。初始速度和高度对楔形体入水过程中初次砰击压力峰值的影响很大。随着入水深度的增加，气体逸出，出现二次峰值；当斜升角大于等于30°时，最大砰击压力出现在楔形体底端附近。此外，速度对二次砰击峰值的影响要比斜升角的影响大。     

结构物入水砰击过程求解方法对比研究

航天器水上回收、两栖飞机水上降落、高海况下船舶航行等过程中均涉及结构的入水过程,入水过程的砰击现象一直是上述工程项目研制过程中的重点和热点基础研究之一。对求解结构入水砰击的3种技术途径（数值、仿真、试验）进行综合研究,介绍了3种方法的基本原理及工程实现方法并证明了其适用性,分别对楔形体结构自由入水砰击问题进行求解并进行对比分析,给出了楔形体上物面压力分布特点、典型测点处的砰击压力时历特征、入水过程中结构加速度特性及液面变化,可为入水结构设计、载荷条件制定、入水参数选取提供参考。     

二维楔形体结构入水砰击数值仿真分析

随着船舶向高速化方向发展,首部砰击问题变得异常突出。本文通过楔形体入水砰击试验模拟船舶首部入水砰击现象并通过有限元仿真软件Ansys/Ls-dyna对楔形体入水砰击过程进行仿真分析,通过改变斜升角角度和楔形体下落高度研究砰击载荷的变化规律,并对楔形体入水时的压力变化及入水时液面抬升现象展开分析。研究结果表明,当楔形体表面与水面接触时,砰压立即增加,随后砰压会慢慢减小,最终趋于稳定。当楔形体的斜升角在变化时,楔形体的砰击压力也会随之变化,即当斜升角的角度越大,楔形体的砰击压力值就越小;当入水速度越快时,即入水高度越高时,砰击载荷的峰值也会越来越大,但处于同一速度（即同一高度）,在楔形体以不同角度入水时,当它们的角度越来越大,最后的砰击载荷峰值就会越来越小。研究成果可为船体首部砰击作用下砰击载荷的变化规律提供参考。     

基于OpenFOAM的结构体入水砰击问题的研究

研究重力作用下不同底升角的单圆锥体和双圆锥体垂向入水过程中的砰击压力分布。用OpenFOAM建立基于黏流理论的CFD数值模型，在锥体表面设置监测点，得到不同速度下圆锥体入水时的自由液面形状和锥面上的压力分布，并分析它们与圆锥体底升角和入水速度的关系。研究结果表明：重力和底升角对砰击压力有较为明显的影响；在入水过程中双圆锥体之间相互干扰，锥面上压力增大。     

江海直达船船首入水砰击研究

基于有限体积法的数值仿真方法对3种不同江海直达船船首的入水砰击问题进行了研究。建立包含气、水流场的三维有限元模型,研究了在自由液面的变化、空气层的作用下、不同垂向速度时3种船首入水砰击问题。结果表明,数值计算仿真的方法可以有效地模拟江海直达船船首入水过程中自由液面和空气层的变化情况。在此方法下,相同速度时西瓜首的砰击峰值优于其他船首形式。     

船舶首部结构入水砰击过程研究

对刚性船舶首部结构砰击过程进行仿真研究,分析砰击过程中的液面变化,以及船舶首部结构砰击压力与入水速度、结构曲率的关系。研究弹塑性首部结构入水砰击问题。针对弹塑性首部结构入水砰击过程中各个构件上的应力、变形、吸能等参数进行动态响应分析,对优化船舶首部结构形式和保证结构安全性具有十分重要的研究意义。     

二维物体入水砰击问题的理论方法研究

入水问题的研究在水动力学和海洋工程等领域有着重要的现实意义。文章采用Wagner模型的思想,将其中的相当平板理论改为椭圆拟合,得到了不同斜升角的二维楔形体匀速入水时的湿表面无量纲压力分布和砰击力,并与其它理论方法和数值计算结果相比较。椭圆拟合方法得到的压力分布在楔形体斜升角较小时与数值计算结果吻合良好,砰击力与数值计算结果在较大斜升角的情况下仍然很接近,比其它理论方法的适用范围更广,可以作为工程上估算砰击力大小的一种新方法。     

三维回转体入水砰击载荷预报

采用数值仿真的方法研究了三维刚性回转体的入水问题,分析了不同回转角度的回转体的砰击压力峰值的变化规律,并研究了以一定初速度入水时,结构质量对砰击压力的影响。计算结果表明,恒速下降时,砰击压力峰值随角度的增加而下降;初速下降时,随着结构质量增加,砰击压力峰值先急剧增加,然后区域平稳。最后提出了不同回转角度、不同质量系数的回转体在初速下降与恒速下降时砰击压力峰值的预报公式。     

基于改进Wagner方法的轴对称体入水“后时段”砰击载荷数值计算

文章基于三维边界元方法研究了三维轴对称体入水砰击载荷的数值算法。算法从三维力学模型出发,继承Wagner自由液面抬升理论,引入浸深因子Cw以确定自由液面抬升高度,将自由液面线性化处理,同时考虑网格运动,在自由液面附近对网格进行截断重构,以确保水下湿面积的精准。算法中使用考虑加权运动项的非线性伯努利方程计算得到入水结构的表面压力,进一步积分可得入水结构的总体受力;另外,算法中引入虚拟面元的概念,将砰击载荷计算时历延长至液面高于坠物制高点之后,扩大了传统入水载荷计算的时历范围,并且文中引用Alaoui半球入水试验,对算法的正确性及适用性进行了验证。     

三维球鼻艏入水砰击研究

基于有限体积法的数值仿真方法对三维球鼻艏的入水砰击问题进行了研究.建立包含气水流场的三维有限元模型,研究了入水过程中流场的自由液面的变化、空气层的作用、纵向曲率和纵向速度对入水压力的影响等问题.结果表明,数值计算仿真的方法可以有效的模拟三维球鼻艏入水过程中自由液面和空气层的变化情况,在相同有效冲击角处球鼻艏的纵向曲率对砰击压力也有较大的影响.     

弹性回转体入水砰击载荷预报

采用数值仿真方法分析三维弹性回转体的入水问题,分析不同厚度的回转体的砰击压力峰值的变化规律;讨论以一定初速度入水时结构弹性模量对砰击压力峰值的影响;分析了砰击压力峰值随初速度的变化规律.计算结果发现,弹性回转体的砰击压力峰值随厚度、弹性模量以及速度的增加而增加.提出了随结构厚度、弹性模量和初速度变化的弹性回转体砰击压力峰值的预报公式.     

大型浮式保障平台砰击载荷数值模拟方法研究

大型浮式保障平台的船体砰击载荷是进行结构设计、保证营运安全必须考虑的重要问题之一。海洋工程中需要精确、快速评估大型浮式保障平台的砰击载荷并将其用于结构设计与评估。利用三维势流理论分析大型浮式保障平台在各个载况下的水动力性能,根据分析得到的船底浸没和入水速度概率分布初步辨别各个海况下船底砰击发生的可能性;针对辨别出的海况和载况,利用时域非线性模拟手段进行砰击模拟和载荷评估,最终得到船体砰击载荷的分布与极值。     

基于OpenFOAM的无转角和有转角楔形体舱段入水砰击载荷数值模拟研究

合理预报船首局部结构砰击载荷是船舶设计和研究者重点关心的问题。文章针对无转角和有转角楔形体舱段入水砰击问题,采用OpenFOAM开源软件,开发了基于两相流求解器InterDyMFOAM数值模拟结构入水砰击的程序包,开展了预报研究工作。数值模拟了入水过程的压力和加速度时域响应历程,与入水砰击模型实验进行了对比分析,吻合很好。同时讨论了网格划分等对结果的影响和砰击的三维效应。结果表明,本文提出的入水砰击载荷预报方法计算效率高,具有推广应用到预报复杂三维船首结构砰击问题的潜力。     

基于OpenFOAM的大型三体船连接桥入水砰击载荷数值模拟分析北大核心CSCD

[目的]旨在探究三体船连接桥落体砰击载荷分布规律。[方法]基于OpenFOAM开源软件以及连续性方程和N-S方程,建立三体船连接桥自由落体入水砰击数值模型,模拟三体船连接桥自由落体入水砰击过程中的速度、砰击压力以及自由液面动态变化,开展网格收敛性分析,验证数值计算方法的正确性,并将数值解与实验值进行对比。[结果]结果显示,所提模型能够有效预报三体船连接桥结构的落体砰击载荷,靠近外折角点的连接桥砰击压力系数最大,得到了连接桥下表面砰击压力峰值及砰击压力系数与速度的关系。[结论]研究给出的三体船连接桥入水砰击压力特性和范围可为三体船结构强度评估与结构设计提供数值基础。     

基于气垫效应的二维楔形体入水砰击载荷预报方法研究

本文对二维刚性楔形体入水砰击问题进行研究,将数值模拟与模型试验结果进行对比分析,验证利用数值模拟方法研究入水砰击问题的可行性。获得气垫效应、斜倾角、入水速度对楔形体入水砰击压力峰值的影响规律,并分析了气垫效应对压力峰值的影响机理。最后对砰击载荷预报方法进行研究,获得不同斜倾角、不同速度下楔形体入水砰击压力峰值的预报公式。