结构入水冲击过程三维数值模拟及实验验证.pdf

《结构入水冲击过程三维数值模拟及实验验证.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第37卷第3期2叭5年3月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOCYV01．37．No．3Mar．．2015结构入水冲击过程三维数值模拟及实验验证初文华卜2，朱东俊3(1．上海海洋大学，上海201306；2．远洋渔业协同创新中心，上海201306；3．哈尔滨工程大学，黑龙江哈尔滨150001)摘要：采用光滑粒子流体动力学(sPH)方法对圆柱结构入水冲击过程进行三维数值模拟并通过自行设计实验装置及高速摄影系统，对圆柱结构的入水过程进行实验研究。通过数值计算结果与实验结果的对比分析，验证所建立数值模型的有效性。在此基础上，通过改变结构入水速度、人水角度设置大量工

2、况，分析研究不同参数对圆柱结构入水冲击过程的影响规律。关键词：入水过程；圆柱结构；SPH；实验验证中图分类号：U66l文献标识码：A文章编号：1672—7649(2015)03—002l一07doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2015．03．004Three-dimensionalnumericalandexperimentalinvestigationofthewaterentryprocessofcylinderstructureCHUWen．hua’一，ZHUDong．jun3(1．ShanghaiOceanUniversity，Shanghai

3、201306，China；2．CollaborativeInnovationCenterforDistant—waterFisheries，Shanghai20l306，China；3．HarbinEngjneeringUniyersity，Harbin15000l，China)Abstract：Thewaterentryprocessofcylinderstmctureisnume“eallysimulatedbythethree—dimensionalSPHmethod．Besides，experimentalinvestigationisoperatedonthepro

4、cessusingthedes噜neddeviceandthehigh-speedcamera．Thenumericalsimulationresultandtheexperimentresultarecompared，verifyingtheenlciencyofthenumericalmodelbuiltinthepaper．Basedonit，theenteringVelocityandanglearechangedtosetaseriesofworkconditions．Thentheinnuenceofdjfferentparametersonthewaterent

5、ryprocessofcylinderstlllctureareanalyzedandconcluded．Keywords：waterentryprocess；cylinderstructure；SPH；experimentalinVestigation0引言结构入水过程中，较大的冲击力容易导致结构损坏、器件失灵等严重破坏，船体砰击(sIamming)和海上救生艇抛落、空投鱼雷入水、水上飞机降落着水、生物水面行走等都属于结构入水冲击问题的范畴”5I，因此研究结构入水问题具有重要的军事和工程意义。在上述军事及工程应用中，部分属于结构高速入水砰击问题，而也有部分问题属于低速入水的

6、范畴。针对结构入水冲击问题，迄今国内外学者已经开展了大量数值与实验研究，但多注重结构高速入水问题的研究探讨¨16“0

7、，对于结构低速入水问题则少有涉猎，且主要研究对象为楔形体入水¨。”o，对于圆收稿日期：2014一04一18；修囤日期：2014一05一16基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目(11402143)；上海市高校青年教师培养资助设计资助项目(A1—2035—0010—18)；上海海洋大学博士科研启动基金资助项目(A2一0302—14—300067)作者简介：初文华(1986一)，女，博士，讲师，研究方向为流体力学。14·22·舰船科学技术第37卷柱结构的入

8、水冲击问题缺少系统的实验研究。由于初始入水速度较低，在圆柱结构低速入水过程中，结构与水之间的碰撞不会引起如高速入水时的高压峰值的冲击载荷¨5

9、；然而自由液面形状，“颈缩”过程，空泡的形成、闭合、脱落以及射流的形成等与高速入水冲击相比将存在不同程度的差异¨-。为研究探讨圆柱结构在低速入水过程中的典型现象及关键参数¨刮的变化规律，本文采用光滑粒子流体动力学(sPH)方法建立圆柱结构入水冲击过程三维sPH数值模型，对该过程进行计算分析，同时为验证本文所建立数值模型的有效性和可靠性，本文设计了一套参数可调、重复