計及含氣量的入水沖擊三維數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、入水問題作為船舶與海洋工程領(lǐng)域的一種十分常見的流固耦合現(xiàn)象，一直以來都受到了專家學(xué)者的廣泛重視。然而，由于入水過程中涉及到物體邊界的移動，復(fù)雜的自由液面的飛濺和大變形，水氣兩相介質(zhì)的急劇變化等一系列復(fù)雜的過程，這給數(shù)值模擬入水過程帶來極大的困難和挑戰(zhàn)。
　　在結(jié)構(gòu)入水沖擊時，氣體的參與，使得沖擊瞬間同入水結(jié)構(gòu)接觸的介質(zhì)不是單純的水或氣，而是水氣混合物。水氣混合物具有的某些有別于氣體和液體的屬性（如含氣量會影響的介質(zhì)密度、可壓縮性更

2、明顯）將會對入水結(jié)構(gòu)的載荷特性和運動姿態(tài)產(chǎn)生影響。同時由于需考慮水氣混合物的可壓縮性，控制方程將發(fā)生變化，求解難度大大增加。但入水過程中出現(xiàn)的水氣混合沖擊該現(xiàn)象能夠更加真實的反映入水過程，因此開展水氣混合介質(zhì)的入水沖擊問題的研究迫在眉睫。
　　因此，本文從水氣混合物的連續(xù)性方程出發(fā)，推導(dǎo)壓縮波的傳播速度在水氣混合物中的估算公式。首先介紹了水氣均勻混合物中壓縮波傳播速度的計算公式和射流含氣量與佛汝德數(shù)的關(guān)系，并將其運用到結(jié)構(gòu)入水過程

3、中，得到了入水速度與壓縮波傳播速度之間的關(guān)系。考慮流體可壓縮性，建立入水運動方程，采用非線性雙漸進法和有限元軟件Abaqus結(jié)合，對結(jié)構(gòu)入水控制方程進行求解，得到合理的入水過程水氣混合沖擊問題的計算方法，并與文獻中的結(jié)果進行對比，驗證方法的合理性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置入水過程中含氣量變化和含氣量固定兩種工況，對比兩種工況下入水結(jié)構(gòu)的載荷和姿態(tài)，得到入水過程中含氣量的影響效果和規(guī)律，最后在此基礎(chǔ)上研究考慮水氣混合介質(zhì)的結(jié)構(gòu)入水問題，并通過改變

4、初始入水角度和入水速度，全面開展的結(jié)構(gòu)入水姿態(tài)和載荷的特性的研究。
　　接著，為了與工程實際更好的結(jié)合，本文考慮實際入水會遇到的海面波浪因素。在實際海況下，波浪并不是簡單的平面進行波，而是三維的隨機波浪，因此，首先建立三維隨機波浪模型，接著將三維波浪加入到結(jié)構(gòu)入水計算方法中，考慮三維隨機波浪的結(jié)構(gòu)入水過程將會使得模擬結(jié)果更具有工程可參考性。
　　最后，根據(jù)實際導(dǎo)彈尾部結(jié)構(gòu)中的柱形空腔結(jié)構(gòu)，采用高速攝影技術(shù)，研究空腔深度、空腔