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弹性楔形体入水砰击载荷及结构响应的理论计算与数值模拟研究*

2021-12-03王一雯吴卫国

爆炸与冲击 2021年11期
关键词:变形结构模型

王一雯,郑 成,吴卫国

(武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心,湖北 武汉 430063)

结构物入水砰击问题在船艏艉入水、多体船湿甲板砰击、空投鱼雷入水、水上飞机降落、救生艇抛落等情况下广泛存在,针对入水砰击问题的研究对船舶以及航空航天等领域具有重要的工程意义。在船舶、海洋平台以及相关航空结构物的设计中,对砰击载荷及其结构响应进行合理可靠的评估是极为重要的。由于砰击载荷的瞬态特性以及较高的幅值特性,对于较小斜升角的薄板结构以及复合材料夹层结构需考虑砰击载荷对弹性结构的水弹性效应,结构变形使相对砰击速度降低并且影响流场特性。而在准静态结构入水砰击载荷及其结构响应的研究中,采用解耦的方法进行计算,在对刚体结构砰击载荷计算的基础上,将砰击载荷加载到弹性结构体以求解结构响应。与准静态结构入水砰击载荷及结构响应计算方法相比,水弹性方法可考虑结构弹性效应与砰击载荷的耦合作用,并可直接预报弹性结构入水砰击过程的结构响应。

弹性结构物入水砰击问题的水弹性分析方法可分为基于砰击载荷模型的解析方法和基于计算流体力学的流固耦合数值模拟方法。Kvalsvold 等[1]和Faltinsen 等[2]在双体船的湿甲板砰击问题中率先针对弹性加筋板的砰击载荷及结构响应进行理论和试验研究,将Wagner 入水理论推广到楔形体左右为正交异性板的入水砰击情况,分别分析斜升角与入水速度对砰击载荷及结构响应的影响。……

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