三维弹性体入水动力学数值仿真研究

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研究入水问题时,由于结构形式、入水姿态和结构材料各不相同,结构所遭受的冲击载荷也会不同。本文借助ANSYS/LS-DYNA动力学软件针对三维弹性回转体和楔形体入水过程进行数值仿真,探讨了不同入水参数对弹性体和流场的影响,得到的结论对结构形状、抗冲击性能以及安全性的设计和优化具有一定的参考价值和指导意义。通过在LS-DYNA中采用ALE算法对平底圆筒垂直撞水实验进行数值模拟,发现圆筒底部的压力沿径向减小,通过和实验数据对比,验证了模型以及参数设置的合理性,并就结构入水相关方面问题进行讨论,为后续动力学数值仿真分析提供了技术支持,保证了后续仿真研究的可靠性。在此基础之上分别选取回转体和楔形体两种结构进行具体研究,详细分析了撞水和侵水过程中入水姿态和结构材料对结构以及流场的影响,比较了不同入水初态下结构的冲击压力、运动速度、加速度、阻力系数和应变变化曲线以及流场的分布、冲击波的传播和空泡形态的变化情况。研究发现,弹性体入水初期振荡明显,随着初速的增大,其所受冲击压力、水中冲击波压力显著增大。对于回转体,压力和应变变化相似,头部平面面积对冲击压力也有较大的影响。铝合金弹性体比A3钢弹性体所受冲击压力小。最后,文章采用FE/SPH方法对入水问题进行了研究,并比较了FE方法和FE/SPH方法计算得到的冲击压力和速度,发现FE/SPH方法得到的冲击压力小,速度衰减快。
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