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计及结构弹性效应的砰击载荷与响应
| 论文题名： | 计及结构弹性效应的砰击载荷与响应 |
| 关键词： | 海洋结构物;砰击载荷;结构弹性效应;弹塑性梁;射流冲击;结构响应 |
| 摘要： | 船舶与海洋结构物在作业环境下难免发生砰击现象。规范处理结构与流体之间的相互作用时，一般是将结构视为刚体，把实验或计算分析得到的砰击压力修正为静态压力，以此进行结构强度的评估。而实际结构是可变形的，流固耦合的现象是真实存在的，这种刚性壁的假设往往使流体作用在结构上的冲击压力偏大，以这个压力进行结构的强度分析会使结果偏于保守。本文以此为动机，研究结构弹性对砰击载荷的影响，目的是为工程应用更准确地分析或修正砰击载荷，提供一些有价值的结论和相关分析处理方法。为此，文中着重在下列几个方面进行了探讨。 首先，基于Wagner简化方法，考虑结构与流体的相互作用，应用Galevkin法求解板的微分方程，将得到的结构变形速度修正流场速度势，得出了一组耦合方程。通过数值算法求解偶合方程，分析了一组弹性楔形结构入水的砰击压力，并讨论了入水速度、底倾角、板厚等参数对砰击载荷水弹性效应的影响。最后讨论了该方法的应用范围和局限性。 其次，仿真研究了一系列不同特征参数的弹性楔形结构的冲击入水过程。与刚性结构入水时的砰击压力相比，总结了结构弹性对砰击载荷的影响规律。研究指出，与刚性体相比，弹性结构降低了砰击压力的峰值，同时也导致了峰值点位置的改变。由于结构弹性效应，砰击瞬时物体表面砰击压力的时间历程呈现了明显的波动性。在相同的冲击条件下，倾角越小，冲击速度越大、结构板厚越小，结构弹性的影响越大。 再次，仿真研究了射流冲击弹性板的问题。在砰击发生的初始阶段，瞬间会产生巨大的砰击压力。与射流冲击刚性板的情况相比，结构弹性降低了砰击压力峰值。此外，在第一次压力峰值后，压力波动的第二次峰值也不可忽略。进一步发现既冲击初始阶段之后，射流自由液面向四周的扩散致使砰击压力作用区增大，扩散区的压力峰值与第一次峰值相比同样具有可观的量值。另外，根据仿真各阶段现象的观察，考察了射流自由液面的变化和内部冲击波的传播速度，验证了相关理论研究的假设。 最后，把砰击载荷水弹性效应的研究，应用到弹塑性梁的动力屈曲问题。在一般梁动力屈曲的方程的基础上，结合相关理论与实验结果，提出了梁弹塑性屈曲的简化方法。分析了梁动力屈曲，载荷形式、持续时间和梁初始缺陷对屈曲临界载荷的影响。弹塑性条件下，载荷持续时间和几何初始缺陷对其屈曲载荷的影响规律为：载荷持续时间越长，屈曲载荷越小；初始缺陷越小，屈曲载荷越大。 |
| 作者： | 闫发锁 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 戴仰山 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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