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气囊结构落水砰击瞬态流固耦合特性研究
| 论文题名： | 气囊结构落水砰击瞬态流固耦合特性研究 |
| 关键词： | 冲击载荷;数值模拟;气囊结构;流固耦合 |
| 摘要： | 近些年来，在船舶与海洋工程领域结构物入水问题的研究越来越受到关注，准确的预测入水弹道以及入水产生的砰击载荷是关键技术之一。在结构物入水过程中，与水面接触瞬间会产生很大的砰击载荷，载荷对结构的冲击有可能导致结构的破坏，也将影响着结构物入水后的入水弹道和运动轨迹。本文采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法对结构物的入水载荷进行研究，利用数值仿真的方法分析了圆柱体入水的冲击载荷变化、入水轨迹的变化规律，同时也提出了带气囊圆柱体的入水方法，并进行了入水砰击载荷以及气囊对圆柱体入水的影响规律分析，为船舶与海洋结构物的结构设计和优化提供技术支持。 首先，建立了圆柱体入水冲击数值模型以及圆球体入水数值模型，应用 CEL数值模拟方法对圆柱体入水冲击载荷以及入水空泡性能进行了模拟研究，并与实验值对比，验证了数值模型的准确性。 其次，针对圆柱体在垂直落水过程中，得到不同落水速度对圆柱体落水冲击的影响规律。在圆柱体在入水过程中，分析了俯仰角对入水冲击的影响，适宜的俯仰角会降低入水冲击作用。最后研究了圆柱体的头部形状对其入水冲击载荷的影响规律，提取了不同头型冲击加速度的时历曲线，对降低入水过程的冲击加速度峰值进行机理性研究。 再次，建立了圆柱体带气囊落水的理论计算模型，通过理论计算分析了圆柱体带气囊落水过程中的砰击力与落水速度的关系，以及与气囊的体积和个数的关系。同时通过数值模拟研究了圆柱体带气囊落水过程与圆柱体单独落水过程进行对比，分析了气囊对对圆柱体落水过程的影响规律。最后分析了不同的落水速度以及落水俯仰角对带气囊圆柱体落水过程的冲击载荷以及落水深度轨迹的影响规律，以及产生的冲击载荷对气囊作用的规律。 最后，应用 CEL数值模拟方法，研究了带气囊落水体落水过程中，针对气囊的形状、气囊的连接位置、气囊内部气体压强以及气囊材料的参数等因素对落水过程的冲击载荷以及落水弹道进行分析，得到最佳的落水位置以及气囊的形状，为带气囊落水过程设计提供了参考。 |
| 作者： | 林赓 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 张阿漫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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