板架结构自由入水耦合数值模拟方法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）板架结构自由入水耦合数值模拟方法研究硕士研究生：许凯玮指导教师：孙士丽副教授企业导师：陈瑞峰高级工程师工程领域：船舶与海洋工程论文主审人：任慧龙教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）板架结构自由入水耦合数值模拟方法研究硕士研究生：许凯玮指导教师：孙士丽副教授学位级别：工程硕士工程领域：船舶与海洋工程所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADisserta

2、tionfortheProfessionalDegreeofMaster（MasterofEngineering）StudyoncouplingnumericalsimulationmethodoffreelywaterentryofplateframestructureCandidate:XuKaiweiSupervisor:Associateprof.SunShiliAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:ShipbuildingandOceanographyEngineeringD

3、ateofSubmission:May,2018DateofOralExamination:June,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨

4、工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签

5、字）：导师（签字）：日期：年月日年月日板架结构自由入水耦合数值模拟方法研究摘要入水砰击问题在船舶与海洋工程领域十分常见，为了准确预报船体入水砰击载荷，各种数值计算方法应运而生，基于势流理论的边界元法应用最为广泛的数值方法之一。当板架结构入水时，在入水砰击载荷的作用下，板架结构会产生高频的弹性振动，以往的研究均是不考虑这种高频弹性振动与流体力的耦合，而是将入水结构物视为刚体。为了探究板架入水过程中其高频弹性振动对流体力的影响，并考虑到传统的势流方法无法捕捉到流体力的高频变化特征，本论文基于计及流体可压缩性的双重渐近近似方法（DAA）通过Fortran编程来研究考虑板架高

6、频弹性振动的流体砰击力，采用Abaqus软件计算流体砰击力作用下的板架高频弹性振动，二者之间建立接口，实现流固耦合计算。本文的主要研究内容如下：（1）开展了刚性和弹性楔形体板架结构落体砰击的试验研究。比较试验结果发现，结构的弹性振动有可能减小砰击压力峰值，为数值模拟提供了试验基础；（2）基于势流理论，提出一种刚体入水问题的求解方法，通过全非线性边界元法求解了刚性楔形体入水过程，与刚性楔形体试验结果吻合良好，准确预报了砰击压力峰值。通过本方法对影响砰击压力峰值和砰击压力系数k的因素进行敏感性分析；（3）考虑了结构的响应速度的影响，通过全非线性边界元法与ABAQUS求解的

7、响应速度进行耦合，求解了弹性楔形板架结构的纵骨应力响应，并与试验结果进行对比，计算结果在极值上吻合良好，并对纵骨应力响应极值进行敏感性分析研究；（4）势流理论可以求解考虑结构局部响应速度的问题，但在考虑结构局部加速度的问题上存在着缺陷。因此提出可以考虑结构局部加速度的方法，需要考虑流体的可压缩性。通过考虑可压缩性的延迟势方程推导出双渐近法，并通过射流冲击平板的算例与解析结果进行对比，验证了双渐近法的可行性及准确性；（5）将双渐近法应用于二维弹性楔形体入水问题，提出了一种可以求解弹性结构入水砰击问题的方法。研究了不同差分形式对于求解过程的影响，通过分析