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(1.南通中远川崎船舶工程有限公司，江苏 南通 226005；2.大连理工大学 船舶工程学院，辽宁 大连 116024)

结构入水问题按照结构物入水的速度可分为低速和高速入水问题。对于低速入水的研究相对来说比较成熟，但对于高速入水的研究一直以来没有获得较大的突破。尽管诸多学者在该领域作了大量卓有成效的工作[1-8]，但是由于结构在高速入水初期抨击载荷的非线性和复杂性，仍有很多问题有待研究。本文运用ANSYS/LS-DYNA数值分析软件模拟刚体椭圆头结构倾斜入水问题。

1 仿真模型

1.1 模型介绍

本文建立的是刚体椭圆头结构、空气域、水域的三维计算模型。入水椭圆头结构，采用刚体材料，应用Lagrange算法。空气和水域采用的欧拉材料，应用ALE多物质算法。为避免模型边界影响计算结果，水域深度取为入水结构大小的5倍，在模型边界上施加无反射条件。由于需要计算倾斜入水的算例，网格全部划分为均匀网格。为减少计算网格数量，仅建立1/2模型，在对称面上施加对称边界条件。对称后的椭圆头结构、空气域、水域模型见图1～2。

1.2 状态方程

考虑到高速入水冲击时材料大变形的特点，水和空气的状态方程都采用Gruneisen状态方程，通过该状态方程可以定义水和空气的压力为

图1 刚体椭圆头结构模型示意

图2 空气和水域模型示意图

(1)

式中:C——μs-μp(冲击波速度-质点速度)曲线的截距;

α——对Gruneisen 系数γ0的一阶体积修正;

s1——μs-μp曲线斜率系数；

E——材料初始内能；

μ——体积变化率μ=ρ/ρ0-1。

1.3 模型有效性验证

为验证仿真模型的有效性，首先进行弹丸高速垂直入水模拟计算，并与实验结果进行比较。……