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三维轴对称结构物入水砰击试验与CFD仿真研究
| 论文题名： | 三维轴对称结构物入水砰击试验与CFD仿真研究 |
| 关键词： | 海洋资源;三维轴对称结构物;入水行为;砰击压力;CFD仿真 |
| 摘要： | 21世纪以来，海洋资源的开发和海洋空间的争夺再度成为世界关注的焦点，各种新型的船舶与海洋结构物不断涌现，越来越多地涉及结构物入水砰击问题。船舶在航行过程中，船首与水面会发生频繁的撞击，瞬间产生极大的砰击载荷导致结构破坏，在设计阶段如何准确地预测这类强非线性载荷及其对船首强度的影响已经成为一个迫切需要解决的重要课题。本文的主要目的是了解和准确预测典型三维轴对称结构物的入水行为和砰击压力载荷等特性。 本文主要以基于船首砰击工程背景简化的三维轴对称结构物圆球和圆锥体为研究对象，采用模型试验和 CFD数值仿真方法相结合的方法研究了三维结构物入水砰击问题。利用课题组自行设计的实验装置，进行了圆球自由入水砰击模型试验和圆锥体匀速入水砰击模型试验，高速摄像机详细记录了入水过程，分析了入水过程中自由液面的变化情况。 在完成CFD数值仿真方法的验证研究的基础上，利用CFD软件STAR-CCM+进行了圆球自由入水砰击和圆锥体匀速入水砰击仿真模拟，得到了加速度、砰击压力时历曲线以及入水过程中自由液面升高情况、压力和速度等流场内物理量变化情况。在此基础之上，探讨分析了圆球下落高度、圆球质量的因素对加速度峰值和砰击压力峰值的影响；分析了圆锥体斜面砰击压力峰值分布情况，入水速度、模型倾角等因素对砰击压力峰值的影响。采用STAR-CCM+软件开展了大量小倾角圆锥体匀速入水砰击仿真模拟，计算得到了砰击压力系数k1随模型倾角变化曲线，与Chuang(1967)试验结果对比，符合地较好，探讨了空气垫对小倾角圆锥体砰击压力峰值的影响。本文所采用的方法可以精确地对三维轴对称结构物入水砰击载荷进行预报，为进一步研究船首结构砰击问题提供了有意义的参考。 |
| 作者： | 刘言峰 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 吴国雄 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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