运动体高速入水冲击载荷数值模拟研究

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1、硕士学位论文运动体高速入水冲击载荷数值模拟研究NUMERICALSIMULATIONRESEARCHONHIGH-SPEEDWATERENTRYIMPACT贾鹏哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O352学校代码：10213国际图书分类号：532.5密级：公开工学硕士学位论文运动体高速入水冲击载荷数值模拟研究硕士研究生：贾鹏导师：王聪教授申请学位：工学硕士学科：一般力学与力学基础所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O352U.D.C:532.5Dissertat

2、ionfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONRESEARCHOFHIGH-SPEEDWATERENTRYIMPACTCandidate：JiaPengSupervisor：Prof.WangCongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：GeneralandFundamentalMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018

3、Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要运动体入水问题非常复杂，涉及到固、液、气三相的耦合作用，其研究内容也是多种多样，其中入水冲击载荷的计算问题最早被提出，有关载荷特性的研究也一直是结构入水问题的重中之重。本文采用LS-DYNA显式动力学软件，对运动体高速入水过程中的载荷特性进行了系统的研究，主要研究内容如下：建立了基于LS-DYNA的结构体高速入水数值模拟方法。通过调整PFAC,NQUAD等参数，分析其对仿真结果的影响，最终

4、确定合适的参数，进行了典型运动体垂直高速入水工况的仿真计算。采用弹性本构，针对影响运动体高速入水载荷特性的参数进行了研究。针对不同速度，不同角度，是否带有攻角，不同头型四个参数变量进行多工况对比计算，分析了不同工况下的冲击压力峰值，结构整体受力，平均压力峰值，加速度及速度变化，流场压力分布等结果的变化规律。同时针对复杂的水面波浪环境，将运动体入水自由液面条件简化为波峰、波谷、平衡位置迎波和背波处四个不同位置。对运动体在不同自由液面条件下高速入水过程进行研究，分析了冲击压力峰值，结构整体受力，平均压力峰值，加速度及速度的变化规律。采用塑

5、性本构，重点对运动体高速入水过程中的应力应变变化规律进行研究。首先分别采用刚性本构，弹性本构和塑性本构三种不同模型对运动体高速入水对比计算，比较三种不同模型的优劣。之后再进行塑性本构不同速度的对比计算，分析冲击压力峰值，速度加速度，整体受力和平均圧力，结构应力应变以及流场压力的变化规律。关键词：运动体；高速入水；冲击载荷；LS-DYNA数值模拟；塑性本构I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheproblemofwaterentryofthemovingbodyisverycomplex,involvingthecoupl

6、ingofsolid,liquidandgasphases.Theresearchcontentisalsodiverse.Thecalculationoftheimpactloadintothewaterwasfirstproposed,andtheresearchontheloadcharacteristicshasalwaysbeenaproblemofwaterinflowintothestructure.Inthispaper,LS-DYNAexplicitdynamicssoftwareisusedtosystematic

7、allystudytheloadcharacteristicsofhigh-speedmovingbodiesinwater.Themainresearchcontentsareasfollows:ALS-DYNA-basednumericalsimulationmethodforhigh-speedwaterinflowisestablished.ByadjustingparameterssuchasPFACandNQUAD,theappropriateparameterswerefinallydetermined.Thesimul

8、ationandcalculationoftheverticalhigh-speedwaterentryofatypicalmovingbodyisperformed.Inthevelocityrangewherethe