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楔形结构砰击载荷研究现状(2)

时间:2022-02-19 18:14来源:毕业论文
Chuang等人在做砰击入水试验时所使用的模型是平板以及倾角从1到15的楔形体。在试验结束后经过分析比较,表明了在所参与试验的模型中,只有平板和倾角

Chuang等人在做砰击入水试验时所使用的模型是平板以及倾角从1°到15°的楔形体。在试验结束后经过分析比较,表明了在所参与试验的模型中,只有平板和倾角为1°的楔形体会吸附相当量的空气,而且当中有一部分的空气会被压入水表面层。而剩下的模型,即倾角为3°及以上的楔形体,在它们入水的时候,有大量大空气将会在冲击的瞬间逸出,而冲击面也与倾角的大小有关系,会随着倾角越来越大而变的越来越清晰。在发现了这种规律后,Chuang等人更是进一步研究在不同倾角下的砰击压力峰值,进而得到回归公式。不仅对二维楔形体有研究,Chuang等人还对三维构件有着研究。他们所采用的三维构件即是轴对称的椎体,并通过分析得出了估算入水砰击力的计算公式。之后Engle和Lewis[13]等人进一步针对10°和20°的楔形体展开了落体模拟实验,并且把实验结果拿来和国际上的多个典型值进行比较,最终发现20°的模型的结果于典型值吻合的很好。紧接着,Zhao等人对斜升角为30°的V形楔形体进行了入水冲击实验,不仅测量出了它的砰击压力以及砰击力,而且还验证了其NBE数值计算结果。Guedes Soares[14]介绍了砰击载荷预测方法,采用切片理论来确定船舶与波浪之间的相对运动,并且通过流体动量的变化来计算冲击力。Wagner的渐进匹配近似理论在近年来已经成为了人们研究入水问题的基本研究理论。Cointe在研究二维结构件冲击入水普遍问题的时候,就是采用了Wagner的渐进匹配不理论。Cointe所建立的模型是物理数学模型,他是为了研究构件斜入水以及波动自由面的情况,从而拓展了Von Karman及Wagner理论。在国内,也有很多人进行了研究,首先就是沈进威,他进行了楔形体的撞水实验,所采用的模型是平底和斜升角为10°的楔形体。之后,孙辉等人则是采用了ABS板制作V形剖面的技术,帮助模拟了二维楔形体冲击入水的过程,从而能够测量出在楔形体冲击入水过程中所产生的加速度和应变,进一步的来研究流固耦合作用下结构响应的特点。同时也在考虑到不同的底面倾斜角、落体高度、板厚、重量等因素的情况下进行了一系列的实验来使研究更加的完善。目前由于试验条件的限制,很少有人进行三维结构物的砰击试验,只是局限于圆锥和圆球等简单的三维结构的试验。还有宣建明等人,他们做了返回舱水上冲击特性的试验研究从而得到了返回舱水上降落时的冲击载荷与入水深度,进一步证明了理论预报砰击的可能性。

而到了20世纪90年代开始,已经有越来越多的人开始着力于研究入水砰击问题了。由Dobrovol’saya得出了水流在复杂平面内产生了一个自相似流的问题。Guedes Soares在流体动力方面通过比率的变化估算了在流体诱发的作用在船体上的力,并且分析了相关的瞬态响应。Ramos等人进行了一个实验研究,研究的是评估在有着几个相互关联的长楔形的分段的船体模型上猛击所诱发的载荷,而先前的研究是用Ramos和Guedes Soares的方法研究和处理个别2D楔形。Wang和Guedes Soares预测了在伴随着横摇运动的二维船部分和在使用显式有限元方法的三维体猛击诱发的载荷。国内与国外一样,对于入水砰击问题通常都是从理论、试验和数值仿真三个方向展开的。入水一般是可以分为碰撞和砰击两种现象的,这种分类的方式是由国内的张效慈分出来的。李森虎[15]等人采用了质点网格法,考虑到气垫效应和入水空泡现象,对二维平头结构物入水撞击进行了模拟。陈农学[16]等人在分析平头物体在垂直和斜入水情况下的入水动力学过程的时候,采用了边界元法和时间进步法。混合欧拉拉格朗日方法也能解决冲击问题,陈铁云[17]等人就是采用了这种方法在研究高速船砰击现象的冲击载荷时进行了数值计算。在1998年的时候,清华大学的博士通过多组载荷作用下三维结构上限分析和参考应力计算的数值方法, 进一步的提出了可以很好处理多组载荷的方法,就是可以采用加载路径的径向辐射的这个求解方案。到了07年,黄广茂和方智勇[18]对在Level-set法的基础上,对模拟液舱液体晃荡的数值模型进行了改进,实现了对大幅晃荡引起的砰击载荷的模拟。并且在水弹性力学理论的基础上,理论阐述了怎样来分析研究流体晃动与弹性液舱耦合作用的方式方法,从而建立了与之相对应的水弹性力学方程。为了证明该试验对砰击载荷的模拟是正确的,研究者们将数值计算与试验计算的结果进项的比对分析,对比结果非常的吻合。除此之外,在计算分析了晃动载荷所引起的结构响应之后,能够得出关于结构响应的重要结论。同一时间,在正交各向异板理论的基础上,并且对广义Wagner理论进行了进一步的发展推广,董丽娜[19]等人针对楔形结构做了一系列的分析。他们将构件与流体的相互作用考虑在内,也就是说考虑到了构件变形后产生的平均变形速度以及加速度对流场的影响,从而得到了一组耦合方程;得到方程之后就是求解方程了,董丽娜等人在处理方程的时候是采用的Vlasov/Galevkin方法求解的,不仅如此,还采用数值计算的方法,利用FORTRAN语言编制程序,计算了楔形板构件的应变值。并且在得到结果后,将此结果与试验结果进行了对比分析,进一步验证了该程序的可靠性及正确性;在得到了这些结果之后,为了使试验可以更加的全面完善,董丽娜等人更是将入水速度、底倾角以及板厚的变化情况考虑在内,分别计算了这些在这些因素变化的情况下的砰击压力,最终得出了弹性效应的影响系数。通过以上详细全面的分析可以看出,构件在入水发生冲击现象的时候,能够产生弹性效应,而这种弹性效应则会将冲击压力的数值减小,即减缓冲击压力。到了近几年,司海龙[20]等人采用了Fluent有限元软件研究了三维楔形体与圆锥体的砰击压力,计算了它们的入水砰击压力,并将结果与试验结果进行比较。通过比较结果可以发现,砰击压力的分布情况能够与楔形体入水速度的变化情况较好的相吻合。但是由于砰击压力峰值的分布情况受楔形体的入水角的影响非常的巨大,因此当其他条件保持不变的情况下,圆锥体的砰击压力峰值相较于楔形体更小。2003年1月份,孙辉、卢炽华、何友声[21]等人使用V形剖面板来模拟二维楔形体,以此来实验研究二维楔形体冲击入水时所能产生的流固耦合响应。实验是从两个方面来进行研究的,一方面是动态测量出构件在冲击入水过程中所产生的加速度及应变,这是为了分析结构响应的特点;另一方面,是在地面倾斜角、板厚等一些配置不同的情况下,对构件冲击入水的应变和加速度进行测量,这是为了研究影响结构响应的各个参数的规律。得到应变幅值随厚度的增加而减少;加速度和应变的幅值随角度的增加而减少,随重量和落高的增加而增加。2007年上海交通大学的陈震和肖熙[22]等人在数值仿真的方法下对二维楔形体的入水砰击问题进行了研究。在建立二维有限元模型的时候,包含了气流、水流,考虑了空气、重力等因素的影响,分析了流场的速度、压力和自由液面等物理量的变化情况。计算了不同入水角的楔形体入水的砰击压力,并且研究了压力峰值的变化规律。他们研究发现了入水角度和入水速度都会对楔形体入水砰击压力峰值系数产生影响。。2010年1月中国船舶科学研究中心和江苏科技大学的陈小平、滕蓓、张晓杰、祁恩荣[23]等人对二维楔形体入水砰击进行了数值仿真的研究。他们在MSC Dytron 动力学软件的帮助下,建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维的有限元模型来研究。其中,流体域和结构分别用Euler和Langrange来进行单元模拟。在试验的时候,实验者们将重力的影响考虑在内了,通过一般耦合算法,对以同样的速度入水的刚体以及以某一初速度入水的弹性楔形体进行了数值计算,发现数值仿真和理论结果相比较,压力结果偏小而自由液面的变化情况则基本一致。同年6月,张于维[24]等人利用Fluent软件对二维楔形体结构的砰击问题进行了研究。在建立二维有限元模型时,考虑到重力以及网格等因素的影响,计算分析了在不同斜升角和不同速度下的楔形体入水情况。经过研究,他们发现了楔形体的砰击压力的峰值会在斜升角升高时随之减小,但会在砰击速度增大的情况下而随之增大。 楔形结构砰击载荷研究现状(2):http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_89977.html

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