原文传递
板架结构自由入水耦合数值模拟方法研究
| 论文题名： | 板架结构自由入水耦合数值模拟方法研究 |
| 关键词： | 船舶板架;自由入水;高频弹性振动;流体砰击力;双重渐近近似法 |
| 摘要： | 入水砰击问题在船舶与海洋工程领域十分常见，为了准确预报船体入水砰击载荷，各种数值计算方法应运而生，基于势流理论的边界元法应用最为广泛的数值方法之一。当板架结构入水时，在入水砰击载荷的作用下，板架结构会产生高频的弹性振动，以往的研究均是不考虑这种高频弹性振动与流体力的耦合，而是将入水结构物视为刚体。为了探究板架入水过程中其高频弹性振动对流体力的影响，并考虑到传统的势流方法无法捕捉到流体力的高频变化特征，本论文基于计及流体可压缩性的双重渐近近似方法(DAA)通过Fortran编程来研究考虑板架高频弹性振动的流体砰击力，采用Abaqus软件计算流体砰击力作用下的板架高频弹性振动，二者之间建立接口，实现流固耦合计算。本文的主要研究内容如下: (1)开展了刚性和弹性楔形体板架结构落体砰击的试验研究。比较试验结果发现，结构的弹性振动有可能减小砰击压力峰值，为数值模拟提供了试验基础; (2)基于势流理论，提出一种刚体入水问题的求解方法，通过全非线性边界元法求解了刚性楔形体入水过程，与刚性楔形体试验结果吻合良好，准确预报了砰击压力峰值。通过本方法对影响砰击压力峰值和砰击压力系数k的因素进行敏感性分析; (3)考虑了结构的响应速度的影响，通过全非线性边界元法与ABAQUS求解的响应速度进行耦合，求解了弹性楔形板架结构的纵骨应力响应，并与试验结果进行对比，计算结果在极值上吻合良好，并对纵骨应力响应极值进行敏感性分析研究; (4)势流理论可以求解考虑结构局部响应速度的问题，但在考虑结构局部加速度的问题上存在着缺陷。因此提出可以考虑结构局部加速度的方法，需要考虑流体的可压缩性。通过考虑可压缩性的延迟势方程推导出双渐近法，并通过射流冲击平板的算例与解析结果进行对比，验证了双渐近法的可行性及准确性; (5)将双渐近法应用于二维弹性楔形体入水问题，提出了一种可以求解弹性结构入水砰击问题的方法。研究了不同差分形式对于求解过程的影响，通过分析不同影响因素对结构受到的砰击压力峰值以及砰击压力系数的影响，得到了与势流理论相同的规律; (6)双渐近法求解了射流冲击楔形板问题，研究了刚度对结构响应的影响，发现随着弹性模量及惯性矩的增大、结构约束的增强，结构的响应压力越大、响应时间越短，越早达到稳定振动阶段。 |
| 作者： | 许凯玮 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 孙士丽;陈瑞峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
