基于双向流固耦合的航行体高速入水研究

基于弹性体假设对直径为0.533m、以100m/s速度入水的航行体建立了高精度流固双向耦合数值模型,并试验验证了该数值模型的有效性。进行了不同角度的入水仿真,获得空泡及载荷的演变规律。主要结论如下：随着入水角减小,喷溅水幕的闭合时间推迟,空泡非对称性加剧;弹性体在入水时承受的冲击载荷峰值小于刚性体,且呈振荡衰减趋势;航行体应力峰值呈圆环形分布,应力在入水初期出现峰值并振荡衰减,而且在尾部出现应力集中;斜入水时,应力分布及头部纵向变形不对称。随着入水角的增大,应力和应变的峰值增大,应力波传播时间缩短。     

静水压力下纤维缠绕复合材料壳体耐压因子的优化设计

基于遗传算法和数值分析一体式优化平台,以设计压力因子为目标函数,结构失稳和材料静强度破坏为约束条件,纤维缠绕策略和铺层方式为变量,对静水压力作用下碳/环氧、硼/环氧和玻璃/环氧等三种复合材料壳体的耐压因子进行优化设计.结果表明,复合材料耐压壳体在深海环境下能够提供充足的正浮力;对于不同的复合材料,最大设计压力受限的因素有所不同,主要受限于结构失稳或材料强度破坏;纤维缠绕策略和铺层方式对设计压力因子具有显著影响.文中最后提出变厚度设计、复合材料肋骨等增强方式,旨在解决结构失稳或材料强度破坏对最大设计压力的限制,研究成果可为复合材料耐压壳体结构设计提供参考.     

凸台对多载荷AUV载荷段阻力的影响

为了研究凸台对多载荷AUV载荷段的阻力影响,基于SST k-ω湍流模型,分别对原始模型和带凸台结构模型进行了流场的数值计算.通过分析凸台截面形状及尺寸对流场的影响,研究了凸台减阻机理.结果表明,尾部凸台的出现能够避免过早的发生流体分离,降低模型尾部形成的尾涡强度和尺度,从而减小模型的压差阻力,达到减阻效果.并且,圆柱形凸台的减阻效果并不是随着尾部凸台的直径和长度增加而单调增加,而是有一个较合适的直径及长度进行匹配,从而达到最佳的减阻效果;半球形凸台对模型减阻效果很好,但在一定范围内减阻效果不随直径的增加而增强;组合型凸台的减阻效果比单纯圆柱形凸台和半球形凸台都要好,减阻量可以达到50％以上.