計(jì)及含氣量的入水沖擊三維數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、入水問(wèn)題作為船舶與海洋工程領(lǐng)域的一種十分常見(jiàn)的流固耦合現(xiàn)象，一直以來(lái)都受到了專家學(xué)者的廣泛重視。然而，由于入水過(guò)程中涉及到物體邊界的移動(dòng)，復(fù)雜的自由液面的飛濺和大變形，水氣兩相介質(zhì)的急劇變化等一系列復(fù)雜的過(guò)程，這給數(shù)值模擬入水過(guò)程帶來(lái)極大的困難和挑戰(zhàn)。
　　在結(jié)構(gòu)入水沖擊時(shí)，氣體的參與，使得沖擊瞬間同入水結(jié)構(gòu)接觸的介質(zhì)不是單純的水或氣，而是水氣混合物。水氣混合物具有的某些有別于氣體和液體的屬性（如含氣量會(huì)影響的介質(zhì)密度、可壓縮性更

2、明顯）將會(huì)對(duì)入水結(jié)構(gòu)的載荷特性和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)產(chǎn)生影響。同時(shí)由于需考慮水氣混合物的可壓縮性，控制方程將發(fā)生變化，求解難度大大增加。但入水過(guò)程中出現(xiàn)的水氣混合沖擊該現(xiàn)象能夠更加真實(shí)的反映入水過(guò)程，因此開(kāi)展水氣混合介質(zhì)的入水沖擊問(wèn)題的研究迫在眉睫。
　　因此，本文從水氣混合物的連續(xù)性方程出發(fā)，推導(dǎo)壓縮波的傳播速度在水氣混合物中的估算公式。首先介紹了水氣均勻混合物中壓縮波傳播速度的計(jì)算公式和射流含氣量與佛汝德數(shù)的關(guān)系，并將其運(yùn)用到結(jié)構(gòu)入水過(guò)程

3、中，得到了入水速度與壓縮波傳播速度之間的關(guān)系?？紤]流體可壓縮性，建立入水運(yùn)動(dòng)方程，采用非線性雙漸進(jìn)法和有限元軟件Abaqus結(jié)合，對(duì)結(jié)構(gòu)入水控制方程進(jìn)行求解，得到合理的入水過(guò)程水氣混合沖擊問(wèn)題的計(jì)算方法，并與文獻(xiàn)中的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證方法的合理性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置入水過(guò)程中含氣量變化和含氣量固定兩種工況，對(duì)比兩種工況下入水結(jié)構(gòu)的載荷和姿態(tài)，得到入水過(guò)程中含氣量的影響效果和規(guī)律，最后在此基礎(chǔ)上研究考慮水氣混合介質(zhì)的結(jié)構(gòu)入水問(wèn)題，并通過(guò)改變

4、初始入水角度和入水速度，全面開(kāi)展的結(jié)構(gòu)入水姿態(tài)和載荷的特性的研究。
　　接著，為了與工程實(shí)際更好的結(jié)合，本文考慮實(shí)際入水會(huì)遇到的海面波浪因素。在實(shí)際海況下，波浪并不是簡(jiǎn)單的平面進(jìn)行波，而是三維的隨機(jī)波浪，因此，首先建立三維隨機(jī)波浪模型，接著將三維波浪加入到結(jié)構(gòu)入水計(jì)算方法中，考慮三維隨機(jī)波浪的結(jié)構(gòu)入水過(guò)程將會(huì)使得模擬結(jié)果更具有工程可參考性。
　　最后，根據(jù)實(shí)際導(dǎo)彈尾部結(jié)構(gòu)中的柱形空腔結(jié)構(gòu)，采用高速攝影技術(shù)，研究空腔深度、空腔