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HDPE楔形体入水砰击数值模拟及影响因素

舰船科学技术 2024年第16期46卷 56-63页

作者：沈烈赵薇隋江华惠卓凡大连海洋大学航海与船舶工程学院辽宁大连116023

针对高密度聚乙烯(HDPE)材料楔形体垂直入水砰击响应的问题,建立楔形体三维数值模型,采用ALE(任意拉格朗日欧拉)流固耦合数值计算方法开展数值模拟研究,分析不同入水速度、斜升角、板厚对楔形体入水冲击响应特性的影响。研究结果表明,... 详细信息

针对高密度聚乙烯(HDPE)材料楔形体垂直入水砰击响应的问题,建立楔形体三维数值模型,采用ALE(任意拉格朗日欧拉)流固耦合数值计算方法开展数值模拟研究,分析不同入水速度、斜升角、板厚对楔形体入水冲击响应特性的影响。研究结果表明,随着入水速度的增加,楔形体加速度峰值增大且相同时间内入水方向位移也增大;楔形体两翼形变与楔形体板厚成反比,增大板厚可以有效减小楔形体的形变;随着斜升角的增大,楔形体所受砰击压力和加速度峰值均明显减小,但对两翼变形的影响不明显。研究成果可为HDPE船舶的工程设计及应用提供一定参考。

关键词： HDPE楔形体入水砰击入水速度板厚斜升角

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计及气垫效应的曲面楔形体入水砰击研究

中国造船 2023年第1期64卷 87-98页

作者：吴巧瑞张珍陈明辉谢永和郁惠民浙江海洋大学船舶与海运学院舟山316022 浙江海洋大学海洋工程装备学院舟山316022

考虑不同的底边形状对楔形体入水砰击的影响,对平板自由落水的砰击问题进行数值模拟分析,将数值计算结果与试验结果进行对比,验证了该数值方法的有效性。在此基础上,探究不同下落高度和不同底边形状对楔形体入水砰击的影响。分析和对比... 详细信息

考虑不同的底边形状对楔形体入水砰击的影响,对平板自由落水的砰击问题进行数值模拟分析,将数值计算结果与试验结果进行对比,验证了该数值方法的有效性。在此基础上,探究不同下落高度和不同底边形状对楔形体入水砰击的影响。分析和对比不同参数的楔形体入水过程中的加速度以及砰击压力的变化,表明初始高度对砰击压力峰值的影响较大,外凸型楔形体的砰击压力主要集中在底部,而内凹型楔形体整体所受的砰击压力较为均匀。

关键词：入水砰击气垫效应楔形体底边形状

基于OpenFOAM的结构体入水砰击问题的研究

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中国造船 2022年第2期63卷 84-94页

作者：孙士艳魏姗姗江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212100

研究重力作用下不同底升角的单圆锥体和双圆锥体垂向入水过程中的砰击压力分布。用OpenFOAM建立基于黏流理论的CFD数值模型,在锥体表面设置监测点,得到不同速度下圆锥体入水时的自由液面形状和锥面上的压力分布,并分析它们与圆锥体底升... 详细信息

研究重力作用下不同底升角的单圆锥体和双圆锥体垂向入水过程中的砰击压力分布。用OpenFOAM建立基于黏流理论的CFD数值模型,在锥体表面设置监测点,得到不同速度下圆锥体入水时的自由液面形状和锥面上的压力分布,并分析它们与圆锥体底升角和入水速度的关系。研究结果表明:重力和底升角对砰击压力有较为明显的影响;在入水过程中双圆锥体之间相互干扰,锥面上压力增大。

关键词： OpenFOAM 双锥体重力影响黏流入水砰击

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基于重叠网格法的结构物入水砰击研究

中国造船 2022年第1期63卷 102-112页

作者：吴巧瑞陈明辉张珍邵菲谢永和浙江海洋大学船舶与海运学院舟山316022 浙江海洋大学海洋工程装备学院舟山316022 中国舰船研究设计中心武汉430064

采用重叠网格法,对楔形体的入水砰击问题进行模拟。将数值计算结果与试验数据比较,验证了该数值方法的有效性;在此基础之上,探究斜升角、初始速度和下落高度对楔形体入水砰击的影响。初始速度和高度对楔形体入水过程中初次砰击压力峰值... 详细信息

采用重叠网格法,对楔形体的入水砰击问题进行模拟。将数值计算结果与试验数据比较,验证了该数值方法的有效性;在此基础之上,探究斜升角、初始速度和下落高度对楔形体入水砰击的影响。初始速度和高度对楔形体入水过程中初次砰击压力峰值的影响很大。随着入水深度的增加,气体逸出,出现二次峰值;当斜升角大于等于30°时,最大砰击压力出现在楔形体底端附近。此外,速度对二次砰击峰值的影响要比斜升角的影响大。

关键词：入水砰击重叠网格法数值方法楔形体

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滑落式救生艇入水砰击数值预报研究

船舶力学 2023年第3期27卷 369-378页

作者：凌宏杰徐峰王志东钱进江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

为突破滑落式救生艇及其相关系统设计的关键瓶颈技术,本文基于RANS方程的粘流场求解和重叠网格技术建立滑落式救生艇抛落入水运动数值计算模型;定量地分析入水速度、入水角度对救生艇入水砰击载荷峰值的影响特性,探究艇体表面所受最大... 详细信息

为突破滑落式救生艇及其相关系统设计的关键瓶颈技术,本文基于RANS方程的粘流场求解和重叠网格技术建立滑落式救生艇抛落入水运动数值计算模型;定量地分析入水速度、入水角度对救生艇入水砰击载荷峰值的影响特性,探究艇体表面所受最大砰击压力载荷分布规律;同时,基于入水砰击理论,求解不同入水速度、入水角度下最大砰击力系数,揭示最大砰击力系数沿船长分布特性。研究结果可为艇体结构设计提供指导,并为救生艇操纵模拟训练系统提供可靠的理论和技术支撑。

关键词：滑落式救生艇入水砰击载荷分布重叠网格

考虑气液固耦合的三体船连接桥入水砰击数值模拟研究

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考虑气液固耦合的三体船连接桥入水砰击数值模拟研究

作者：陈雪龙哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着海洋强国战略的推进,我国对船舶的要求也越来越高,因此出现了各种类型的高性能船舶。三体船凭借其优异的性能,在军民领域得到了广泛的应用。当三体船在恶劣海况下高速航行时,船体与海浪的相对运动会引起剧烈的砰击。在砰击瞬间,船... 详细信息

随着海洋强国战略的推进,我国对船舶的要求也越来越高,因此出现了各种类型的高性能船舶。三体船凭借其优异的性能,在军民领域得到了广泛的应用。当三体船在恶劣海况下高速航行时,船体与海浪的相对运动会引起剧烈的砰击。在砰击瞬间,船舶会受到巨大的冲击力,对船体结构的强度有不利影响。同时连接桥结构受力较大而且线型平直开阔,因此砰击问题对连接桥结构尤为突出,在三体船设计中必须加以考虑。并且随着三体船逐渐向大型化发展,连接桥砰击问题会愈发严重,这就需要我们重视三体船连接桥砰击载荷问题。由于三体船连接桥剖面是一个半封闭的结构形式,因此在三体船剖面入水时,部分气体无法及时逃逸,会形成气垫效应。且三体船连接桥下表面属于平底结构,底升角趋于0,其入水砰击特性将更为复杂。因此在考虑气垫效应的基础上研究三体船连接桥的入水砰击特性具有重要意义,进而研究气垫效应对在波浪中航行的三体船砰击压力的影响,为三体船船体结构设计提供依据。本文基于OpenFOAM开源软件数值模拟研究了三体船连接桥入水砰击压力问题,基于雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)结合k-ε SST湍流模型对流体质点运动方程进行求解,水和空气的交界面采用流体体积法(VOF)进行捕捉,主要研究内容与成果如下:(1)数值模拟三体船连接桥自由落体入水砰击现象,探究了三体船连接桥自由落体入水砰击过程中的速度、砰击压力以及自由液面动态变化。根据同一高度不同测点压力的对比,可以发现靠近外折角点的连接桥砰击压力最大。(2)数值模拟并研究三体船连接桥自由落体入水砰击的气垫效应。通过改变模型入水高度以及连接桥前后封板上的开孔大小来研究三体船连接桥入水砰击的规律以及入水砰击中空气垫的影响。对于同一测点,改变模型的下落高度,随着高度的增加,连接桥发生砰击的时刻都依次延后。砰击压力峰值因为气垫效应,在高度没有达到最高工况的时候砰击压力峰值变化不大,当高度达到最大工况时,砰击压力峰值最大。当模型的开孔尺寸减小一些,会导致其气体逃逸速率降低,气垫效应更加明显,使得其砰击时刻延缓且砰击压力更小。(3)数值模拟三体船在波浪中航行,研究三体船连接桥处各测点的砰击压力,为验证数值计算方法的正确性,开展了关于网格的收敛性分析。在连接桥发生砰击后,会出现一段负压,其主要原因是波浪在接触连接桥后会发生破浪现象,波浪会破碎下移并在原有的位置逐渐充满水气混合物,水气混合物在三体船和自由液面的作用下向下移动。当波浪接触连接桥时,在连接桥下方会存在水气混合物导致气垫效应,就连接桥部分砰击压力而言,因为水气混合物的影响,该处的砰击压力会较小,速度也会较小。

关键词：湍流模型 OpenFOAM 三体船入水砰击

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S-175船关键剖面的入水砰击模拟

哈尔滨工程大学学报 2019年第6期40卷 1058-1064页

作者：何广华张子豪武雨嫣荆芃霖哈尔滨工业大学(威海)船舶与海洋工程学院

为了对实际船舶在恶劣海况下的入水砰击载荷进行精确的预报和分析,模型根据S-175集装箱船的横剖线图,分别对船艏、船舯、船艉建立了实尺度的船体剖面模型,选用软件LS-DYNA对3种关键剖面进行了数值模拟。采用显式有限元方法和任意拉格朗... 详细信息

为了对实际船舶在恶劣海况下的入水砰击载荷进行精确的预报和分析,模型根据S-175集装箱船的横剖线图,分别对船艏、船舯、船艉建立了实尺度的船体剖面模型,选用软件LS-DYNA对3种关键剖面进行了数值模拟。采用显式有限元方法和任意拉格朗日-欧拉算法,有效地对物质结构边界的运动进行了跟踪。为了验证该数值模型的可靠性和精确性,对二维楔形体进行了数值模拟,其结果与试验数据吻合较好。以已有研究中实际船舶不同剖面处的下沉速度作为参考速度,对3种剖面分别进行了入水砰击模拟。该研究结果对S-175集装箱船砰击载荷的预报以及船型优化具有一定的参考价值。

关键词：集装箱船实尺度关键剖面入水砰击 LS-DYNA软件有限元方法任意拉格日-欧拉算法载荷预报

基于OpenFOAM的无转角和有转角楔形体舱段入水砰击载荷数值模拟研究

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船舶力学 2019年第11期23卷 1320-1330页

作者：骆寒冰杨宇谢芃季红叶天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学船舶与海洋工程系天津300072

合理预报船首局部结构砰击载荷是船舶设计和研究者重点关心的问题。文章针对无转角和有转角楔形体舱段入水砰击问题,采用OpenFOAM开源软件,开发了基于两相流求解器InterDyMFOAM数值模拟结构入水砰击的程序包,开展了预报研究工作。数值... 详细信息

合理预报船首局部结构砰击载荷是船舶设计和研究者重点关心的问题。文章针对无转角和有转角楔形体舱段入水砰击问题,采用OpenFOAM开源软件,开发了基于两相流求解器InterDyMFOAM数值模拟结构入水砰击的程序包,开展了预报研究工作。数值模拟了入水过程的压力和加速度时域响应历程,与入水砰击模型实验进行了对比分析,吻合很好。同时讨论了网格划分等对结果的影响和砰击的三维效应。结果表明,本文提出的入水砰击载荷预报方法计算效率高,具有推广应用到预报复杂三维船首结构砰击问题的潜力。

关键词： OpenFOAM 楔形体转角入水砰击数值模拟

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半潜式平台立柱入水砰击特性数值模拟

哈尔滨工程大学学报 2019年第3期40卷 623-627,633页

作者：王树义王志东凌宏杰江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212000

为了探讨了入水砰击面压力空间分布规律,本文基于冲量入水砰击理论,建立了包含结构-水-空气三者耦合的数值计算模型,开展了半潜式平台立柱入水砰击载荷与入水角度和速度之间关系的研究。研究结果表明:砰击压力的大小与分布与入水角度和... 详细信息

为了探讨了入水砰击面压力空间分布规律,本文基于冲量入水砰击理论,建立了包含结构-水-空气三者耦合的数值计算模型,开展了半潜式平台立柱入水砰击载荷与入水角度和速度之间关系的研究。研究结果表明:砰击压力的大小与分布与入水角度和结构物入水面的空间位置密切相关,入水速度对其也存在有一定影响。数值计算的结果可以实现立柱砰击载荷的快速预报,对实际工程中平台立柱体结构的安全性评估具有指导意义。

关键词：平台立柱入水砰击空气垫砰击压力系数空间分布