结构物入水过程中的水弹性力学分析
发布时间：2023-08-05 19:59
结构入水砰击是一个很复杂的水弹性力学问题,在船舶与海洋工程领域,人们对其十分关注。本文在较为全面回顾和总结国内外结构入水砰击研究现状和发展动态的基础上,基于水动力学、结构力学以及水弹性力学,借助商用软件平台ANSYS和模型试验技术,对结构入水砰击过程开展了较为系统的研究。论文主要工作及研究成果如下:(1)基于水动力学、结构动力学以及水弹性力学,建立了结构入水砰击过程中流体与结构相互作用的数学模型,包括不可压缩流体的连续方程和N-S方程及结构动力学方程,完全非线性自由液面条件以及流体与固体交界面条件,并给出了相应数值解法。(2)对二维刚性楔形体入水砰击过程进行了数值模拟,计算分析了结构入水高度以及结构形状对入水砰击的影响。模拟结果显示:当下落高度越大,楔形体顶部对周围流场的扰动也越大,同时也带来了更多能量损失的不利后果;减小楔形体倾斜度会使结构入水时的瞬间砰击压力增大。(3)对三维刚性楔形体入水砰击过程进行了数值模拟,对比了二维和三维楔形体入水的砰击过程。由于二维楔形体入水的数值模拟忽略了一个维度的流动,所以得到的结果与三维楔形体的有一定的差别。通过计算分析刚性楔形体头部锥角对入水砰击的...
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 入水问题的国内外研究现状
1.2.1 理论分析
1.2.2 模型试验
1.2.3 数值模拟
1.3 本文的主要研究内容及创新点
1.3.1 本文的主要研究内容
1.3.2 本文创新点
第2章 入水问题的理论基础
2.1 数学模型
2.1.1 结构入水水弹性力学的微分控制方程
2.1.2 边界条件
2.2 数值模型
2.2.1 控制方程的离散方法
2.2.2 流场的求解方法
2.2.3 流场与结构耦合方程
2.2.4 自由表面流动数值方法
2.2.5 湍流模型
2.3 动网格技术
2.3.1 弹簧近似光滑模型(Spring-Based Smoothing)
2.3.2 动态层模型(Dynamic layering)
2.3.3 局部重构模型(Local remeshing)
2.4 本章小结
第3章 二维刚性楔形体入水的数值模拟
3.1 数值模拟过程
3.1.1 前处理
3.1.2 计算求解
3.1.3 后处理
3.2 二维刚性楔形体入水
3.2.1 几何建模及网格划分
3.2.2 下落高度对刚体入水的影响
3.2.3 外形对刚体入水的影响
3.3 本章小结
第4章 三维对称楔形体入水的水弹性力学分析
4.1 三维刚性楔形体入水
4.1.1 几何建模及网格划分
4.1.2 计算求解及后处理
4.1.3 对称楔形体下落高度的影响分析
4.2 二维和三维数值模拟对楔形体入水的影响
4.3 头部锥角对楔形体入水的影响分析
4.4 楔形体入水砰击试验
4.4.1 试验目的
4.4.2 试验模型
4.4.3 测点布置
4.4.4 试验仪器
4.4.5 试验装置和试验方案
4.4.6 实验过程及结果分析
4.5 试验结果与数值模拟结果对比分析
4.6 三维弹性楔形体入水
4.6.1 几何建模及网格划分
4.6.2 计算求解
4.6.3 弹性体入水的响应分析
4.7 本章小结
第5章 三维非对称楔形体入水的水弹性力学分析
5.1 刚性楔形体入水的数值模拟
5.1.1 几何建模及网格划分
5.1.2 计算求解
5.1.3 刚体入水的响应分析
5.2 弹性楔形体入水的数值模拟
5.2.1 流固耦合的实现过程
5.2.2 计算模型及网格划分
5.2.3 边界条件及参数设置
5.2.4 弹性体入水的响应分析
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3839249
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 入水问题的国内外研究现状
1.2.1 理论分析
1.2.2 模型试验
1.2.3 数值模拟
1.3 本文的主要研究内容及创新点
1.3.1 本文的主要研究内容
1.3.2 本文创新点
第2章 入水问题的理论基础
2.1 数学模型
2.1.1 结构入水水弹性力学的微分控制方程
2.1.2 边界条件
2.2 数值模型
2.2.1 控制方程的离散方法
2.2.2 流场的求解方法
2.2.3 流场与结构耦合方程
2.2.4 自由表面流动数值方法
2.2.5 湍流模型
2.3 动网格技术
2.3.1 弹簧近似光滑模型(Spring-Based Smoothing)
2.3.2 动态层模型(Dynamic layering)
2.3.3 局部重构模型(Local remeshing)
2.4 本章小结
第3章 二维刚性楔形体入水的数值模拟
3.1 数值模拟过程
3.1.1 前处理
3.1.2 计算求解
3.1.3 后处理
3.2 二维刚性楔形体入水
3.2.1 几何建模及网格划分
3.2.2 下落高度对刚体入水的影响
3.2.3 外形对刚体入水的影响
3.3 本章小结
第4章 三维对称楔形体入水的水弹性力学分析
4.1 三维刚性楔形体入水
4.1.1 几何建模及网格划分
4.1.2 计算求解及后处理
4.1.3 对称楔形体下落高度的影响分析
4.2 二维和三维数值模拟对楔形体入水的影响
4.3 头部锥角对楔形体入水的影响分析
4.4 楔形体入水砰击试验
4.4.1 试验目的
4.4.2 试验模型
4.4.3 测点布置
4.4.4 试验仪器
4.4.5 试验装置和试验方案
4.4.6 实验过程及结果分析
4.5 试验结果与数值模拟结果对比分析
4.6 三维弹性楔形体入水
4.6.1 几何建模及网格划分
4.6.2 计算求解
4.6.3 弹性体入水的响应分析
4.7 本章小结
第5章 三维非对称楔形体入水的水弹性力学分析
5.1 刚性楔形体入水的数值模拟
5.1.1 几何建模及网格划分
5.1.2 计算求解
5.1.3 刚体入水的响应分析
5.2 弹性楔形体入水的数值模拟
5.2.1 流固耦合的实现过程
5.2.2 计算模型及网格划分
5.2.3 边界条件及参数设置
5.2.4 弹性体入水的响应分析
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3839249
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