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艏外飘型船舶入水砰击的二维SPH模拟
| 论文题名： | 艏外飘型船舶入水砰击的二维SPH模拟 |
| 关键词： | 光滑质点水动力学方法;自由表面流动;艏外飘型船舶;入水砰击;数值模拟 |
| 摘要： | 当船舶在恶劣海况下行驶时,常会发生砰击现象,砰击发生时,船体的受砰击部位可能会受到损伤,严重的砰击还可能会引起船体振动甚至折断。故准确地预报船舶受到的砰击压力是水动力学研究的前沿课题。 由于砰击问题具有非定常性以及砰击时自由表面大变形甚至破碎,准确地预报船舶受到的砰击压力并不容易。鉴于处理自由表面的大变形过程则是 SPH方法最大的优点,因此本文采用SPH方法模拟具有代表性的二维外飘型船体物体入水问题,给出了外飘型船体的入水砰击的数值模拟结果。 本文的主要工作为: 1.采用并行化单相SPH程序模拟了楔形体入水初期过程。对比了计算及实验的边界压力分布及楔形体受力情况,对人工粘性项、密度重新初始化公式和边界处理方法等各种数值处理技术进行了测试,通过算例对计算程序进行了验证。应用SPH方法对两种具有代表性的船体剖面具有不同速度与倾角的入水砰击过程进行了数值模拟,并对比实验与边界元方法的结果作出了分析。 2.数值模拟结果表明,在低速、剖面曲率变化较小的情况下,单相的SPH方法对外飘型船体入水砰击的二维数值模拟具有较好的结果。在速度增大或具有较大倾角入水的情况下,砰击过程会变得复杂。在初次砰击发生后自由表面会与船体表面分离,而后飞溅出的射流会在外飘部分发生第二次甚至多次砰击。此时流体自由表面会在船体表面闭合,中间有空穴,对于包于空穴中气相的部分的压强变化规律,单相SPH的方法则不能很好地解决,然而,优于基于相似解的边界元方法的是,单相的SPH方法可以很好地再现二次砰击现象,并预测二次砰击发生的部位,以及可以给出相较边界元方法更具有参考意义的砰击载荷。这对于深入地理解砰击现象很有帮助。 |
| 作者： | 胥飞 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 刘桦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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