运动体高速入水冲击载荷数值模拟研究

发布时间：2020-05-07 20:53

【摘要】：运动体入水问题非常复杂,涉及到固、液、气三相的耦合作用,其研究内容也是多种多样,其中入水冲击载荷的计算问题最早被提出,有关载荷特性的研究也一直是结构入水问题的重中之重。本文采用LS-DYNA显式动力学软件,对运动体高速入水过程中的载荷特性进行了系统的研究,主要研究内容如下:建立了基于LS-DYNA的结构体高速入水数值模拟方法。通过调整PFAC,NQUAD等参数,分析其对仿真结果的影响,最终确定合适的参数,进行了典型运动体垂直高速入水工况的仿真计算。采用弹性本构,针对影响运动体高速入水载荷特性的参数进行了研究。针对不同速度,不同角度,是否带有攻角,不同头型四个参数变量进行多工况对比计算,分析了不同工况下的冲击压力峰值,结构整体受力,平均压力峰值,加速度及速度变化,流场压力分布等结果的变化规律。同时针对复杂的水面波浪环境,将运动体入水自由液面条件简化为波峰、波谷、平衡位置迎波和背波处四个不同位置。对运动体在不同自由液面条件下高速入水过程进行研究,分析了冲击压力峰值,结构整体受力,平均压力峰值,加速度及速度的变化规律。采用塑性本构,重点对运动体高速入水过程中的应力应变变化规律进行研究。首先分别采用刚性本构,弹性本构和塑性本构三种不同模型对运动体高速入水对比计算,比较三种不同模型的优劣。之后再进行塑性本构不同速度的对比计算,分析冲击压力峰值,速度加速度,整体受力和平均W'力,结构应力应变以及流场压力的变化规律。
【图文】：

反潜武器,入水,运动体

第 1 章绪论1.1 课题研究的背景和意义物体由空中穿过水面进入水中的过程称为入水，运动体入水冲击现象在自然界以及工程实际中广泛存在。在军事方面涉及到空投鱼雷入水、航天飞船与飞机的水上着落等；在民用方面涉及到船舶在风浪中的抨击，救生艇的抛落等。而随着现代军事和民用航空航海领域的发展，入水问题也受到了越来越多的关注[1]。在整个入水过程中，运动体抨击水面，，头部浸入水中，产生的压力波在水中传递，自由液面抬升，水中产生空泡；另一方面水对运动体也会产生反作用力，特别是在高速入水的情况下，运动体在入水抨击的瞬间会受到幅值较高的冲击载荷，造成结构损伤变形，内部仪器失灵，弹道失稳，忽扑等不良后果。因此研究运动体高速入水冲击的载荷特性，对于运动体的结构优化设计有深远的意义。

水上飞机

第 1 章绪论1.1 课题研究的背景和意义物体由空中穿过水面进入水中的过程称为入水，运动体入水冲击现象在自然界以及工程实际中广泛存在。在军事方面涉及到空投鱼雷入水、航天飞船与飞机的水上着落等；在民用方面涉及到船舶在风浪中的抨击，救生艇的抛落等。而随着现代军事和民用航空航海领域的发展，入水问题也受到了越来越多的关注[1]。在整个入水过程中，运动体抨击水面，头部浸入水中，产生的压力波在水中传递，自由液面抬升，水中产生空泡；另一方面水对运动体也会产生反作用力，特别是在高速入水的情况下，运动体在入水抨击的瞬间会受到幅值较高的冲击载荷，造成结构损伤变形，内部仪器失灵，弹道失稳，忽扑等不良后果。因此研究运动体高速入水冲击的载荷特性，对于运动体的结构优化设计有深远的意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O351.2

【参考文献】