流固耦合作用下船用撤离充气滑梯风载响应分析

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:as33as
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目前国内海上应急撤离系统的研制与应用正处于上升阶段,充气滑梯式应急撤离系统凭借撤离高效和安装维护方便等特点受到了研究人员的广泛关注。柔性充气膜结构质量轻、跨度大,具有高度的风敏感特性。因此充气滑梯在风载荷作用下的稳定性及撤离人员逃生的高效性成为研究的难点。本文针对高速客滚船用充气滑梯式撤离系统开展风载荷响应及撤离过程的仿真模拟研究。首先确定了充气滑梯式撤离系统整体方案,验证浮体结构在波浪作用下的稳定性;在充气膜早期研究的基础上引入流固耦合理论,制定研究路线;在理论层面,建立风场数值模拟理论,对流体空间和结构空间进行离散化处理;结合结构力学建立结构域与流体域的简化信息传递模型,确定仿真边界条件;为了验证仿真模拟流程的合理性与结果的可靠性,对东京工艺大学完成的模型风洞试验进行算例验算,结果还原度良好。综合考虑海上实际布放工况,采用ANSYS CFX流体分析软件分别对0°、30°、60°、90°风向角;15m/s、20m/s、25m/s风速;3000Pa、3500Pa、4000Pa、4500Pa、5000Pa充气内压变量下的风载荷响应进行仿真分析。得到充气滑梯在风载作用下的位移变形及膜面附近的风压分布,根据仿真结果对比各工况条件下的位移量及抗风能力数据,找到撤离系统布置的最危险工况;在试验内压范围内,分析内压对风载响应的影响,寻找满足结构稳定性的理想内压。针对该内压,完成滑梯结构模态分析,得到风振响应结果。基于充气滑梯风载稳定性的试验结果,采用Workbench Ls-dyna模块对充气滑梯的充气过程进行模拟,验证AIRBAG充气原理的合理性;对比各充气内压下的位移变化及等效应力分布情况;随后对撤离效率进行合理的简化模拟,以充气内压为变量,寻找内压变化时,人员下滑对充气滑梯造成的弯折变形及人员下滑速度的影响规律,寻找满足下滑高效性的理想内压。结果表明:充气膜结构有高度的风敏感特性;30°风向角为最危险工况;内压增高使结构刚度提高,稳定性得到改善,4000Pa内压为满足稳定性要求的理想气压;随着内压增大,人员下滑造成的滑梯变形减小,下滑速度得到提升,试验范围内压下的撤离效率均能达到撤离要求;4000Pa内压为满足人员撤离高效性与稳定性双标准的理想内压。本文的研究对充气滑梯式撤离系统的抗风分析和工程应用都具有实际的价值。
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