二维弹性结构入水冲击过程中的流固耦合效应.pdfVIP

第 卷 第 期 力 学 学 报 , 年 月 , 二维弹性结构入水冲击过程 中的 ‘ 流 固祸合效应 , 卢炽 华 何友声 上海交通 大学工程力学系, 上海 摘要 描述 了一 个研 究弹性结构入水冲击过程 中水弹性效应 的数值方法 在弹性结构入水冲击 过程 , 流 用 上 的 界元方法 , 而 的 则 中 体域作 在结构 水动力载荷 由边 获得 结构 弹性动力响应 由有 限元方法 求解 , 通 过线性化离散 方程将有 限元方程和边界元方程藕合到一起, 从而 获得 了求解流场 和 结构动力响应 的相互祸合 的运动方程 在数值计算 中考虑 了 自由表面 的非线 性边界条件 通 过 引入射流单元 以及最大射流厚度, 较好地处理 了冲击 引起 的射流 问题 针对 二维楔 形结构等速入水冲击 过程 , 通 过 了关于流体计算 区域、 网格 的收敛性计算, 并与现有结 果进 行 了 比较 分析 结果分析表 明, 不 同的斜升角下流 固祸合效应对结构弹性动力响应有着不 同程度 的影 响 关健词 入水冲击 , 流 固粗合 前 言 结构物入 水冲击 问题 的研 究, 在军事和 民用上有着很现实 的工程应用 背景 在造船工业 中, 船体砰击 、 空投鱼雷入 、 上救 生艇抛 、 上 飞机 降 都属于 这类 问题 水 海 落 水 落着水等 为 了确定结构物 自空 中进入 水面过程 中是 否会发生 强度或加速度过载破坏 以及 激振 , 首先必须 结构 自空 进 面 的过程 所 承 受 的外部 大 小 部 载 主 流 压 力 即流 确 定 中 入 水 中 载荷 外 荷 要来 自 体动 、 体冲 击 压 力 当冲击发 生 时, 流体 动压 力沿物体湿表面 的分布特征及 其 大 小取决 于入 水速度 入 水角、 结构质 量 、 流体粘性 、 可压缩性 、 结构弹性 以及 其它一 些 因素 在很 多情 况 下流体运 、 动 的速度 比声 速 小得 多 , 因此 除钝 头 平 头物体垂直入 水外 , 一般 可 以忽 略流体 的可压缩性 即使 如此 由于结构物入 水冲击 过程 的非 定常性 、 自由表面条件 的非线性 以及伴 随有喷溅现象 的产 生 , 在 数学处理 上仍有很大 困难 到 目前为止 , 在解决实 际工程应用 问题 时主要还 是在 理 想流体 的框 架 下进 行 , 而 且 不考虑 结构 弹性 的影 响, 即将结构物视 为 刚体 但是 实 际上 , 结构 物 入 水冲击 的过程 是 结构 与流体相 互作用 的过程