李上明 屈明

摘要：

基于ALE方法分析楔形体入水问题，楔形体采用拉格朗日网格离散，空气和水采用ALE网格离散。将楔形体视为刚体，空气和水的力学行为分别采用Gamma定律和GRUNEISEN状态方程模拟。讨论ALE流固耦合关键字中罚函数罚因子的取值方法，提出相应的建议原则；分析水域截断边界对楔形体响应的影响，给出模拟无限水域的截断边界位置的建议值；分析楔形体表面压力振荡的原因，提出楔形体表面压力获取方法。通过试验结果对比分析，验证方法的合理性。

关键词：

入水； ALE方法； 截断边界； 流固耦合； 无限水域； 罚函数

中图分类号： O347.5

文献标志码： B

Wedge water entry analysis based on ALE method

LI Shangming， QU Ming

（Institute of Systems Engineering， China Academy of Engineering Physics， Mianyang 621999， Sichuan， China）

Abstract：

The wedge water entry problem is analyzed based on ALE method. The wedge is dispersed using Lagrange meshes. The air and water are dispersed using ALE meshes. The wedge is considered as a rigid body. The mechanics behaviors of air and water are simulated by Gamma law and GRUNEISEN state equation respectively. The method to get the penalty factors of penalty function of ALE fluidsolid coupling keywords is discussed， then accordingly principle is proposed. The influence of the truncated boundary of water area on the wedge response is analyzed. The position of truncated boundary is proposed for modelling infinite water area. The reason of pressure vibration on wedge surface is explained， and a method is proposed to obtain the pressure on the wedge surface. The rationality of the method is verified by the comparison and analysis of test results.

Key words：

water entry； ALE method； truncated boundary； fluidsolid coupling； infinite water area； penalty function

0 引 言

随着人们对飞机水上迫降、返回舱水上回收、空投鱼雷入水等问题的进一步关注，越来越多的研究开始重视结构冲击入水的动态响应特性。响应评估的手段有理论计算、数值模拟和试验等。与理论计算和试验相比，数值模拟具有适用范围广、成本低等特点，经常被研究人员和工程师采用。

目前，常用于结构入水的数值模拟方法有基于VOF的CFD方法[15]、SPH方法[69]、ALE方法[1015]等。CFD方法大多集中于刚体结构入水分析方面，其获取的结构入水压力波动较小；SPH方法适合模拟大变形问题，常用于结构入水分析中水域的模拟，但其边界处理还存在较大的提升空间，且压力波动较大。ALE方法虽然在流固耦合面上的压力波動也较大，但因为其已经被集成在LSDYNA中，所以获得广泛的应用。调整相关参数可以有效控制ALE压力的波动，提高分析的合理性。……