加筋板结构入水砰击的流固耦合研究

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船舶在恶劣海况下航行时,经常会出现与波浪发生垂向相对位移而导致的砰击现象。砰击载荷的持续时间短但作用力很大,会让局部结构发生变形,甚至会引发船体结构的破坏。为了减小砰击带来的危害,在对加筋板结构这类船体常见的局部结构的强度设计过程中,需要考虑砰击力的大小保证结构在承受砰击压力时产生的应力响应不会导致结构失效。此外,当局部结构表面与水面的夹角即斜升角较小时或者结构入水速度较大时,会有明显的流固耦合效应出现在砰击过程之中,增加了计算的困难程度。对于双体船以及新型的高速舰艇而言,在航行过程中局部结构很容易发生出现明显的流固耦合现象,因此当务之急便是对砰击过程中的流固耦合效应进行研究,在考虑流固耦合效应的情况下,找到一种能够准确计算砰击作用力大小的方法。本文主要研究加筋板结构入水砰击的流固耦合现象。首先采用底部为加筋板结构的铝制楔形体模型,开展不同工况下的自由入水试验,测量得到模型结构入水过程中的压力、应力以及加速度响应。对试验结果进行分析,得到流固耦合效应对砰击过程的影响。然后,采用流固耦合分析方法,结合基于有限体积法和有限元法的软件,对三维加筋板结构的入水过程进行了模拟。能够求解得到同一模型在整个过程中受到的瞬态砰击压力和应力响应,并将计算结果与试验结果以及其他数值方法的计算结果进行对比,发现结果的峰值大小和随时间变化的整体趋势都吻合良好,验证了本文所采用流固耦合分析方法的准确性。本文进行的研究对加筋板结构砰击载荷的合理预报十分有帮助,具有重要的意义。
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