基于ALE方法的弹性圆柱壳入水时的流固耦合模拟

发布时间：2024-03-08 17:48

　　为了获得头型及材料弹性对圆柱壳入水过程中头部变形、压力分布、入水空泡形态及入水运动状态的影响,采用ALE方法,基于有限元软件ANSYS\LS-DYNA,对平头、120°锥角、90°锥角弹性圆柱壳的入水过程进行了数值模拟,对平头弹性圆柱实体和平头刚性圆柱壳进行计算,并对模拟结果进行对比。结果表明:入水过程中空泡直径随着锥角的增大而增大,锥角越大,圆柱壳上表面的变形越大,最大变形出现的时间越早:平头弹性圆柱壳在0.1 ms时出现最大变形0.84 mm,120°锥角弹性圆柱壳在0.3 ms时出现最大变形0.54 mm,90°锥角弹性圆柱壳在0.5 ms时出现最大变形0.43 mm;下表面受到的压力越大,圆柱壳的速度衰减越快;平头圆柱壳下表面的变形与振动频率大于上表面;上表面的变形是由惯性引起的,下表面的变形是由流体冲击力引起的。

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【部分图文】：

图1模型示意图

模型的二维截面如图1所示。由左至右分别为平头弹性圆柱壳、90°锥角弹性圆柱壳、120°锥角弹性圆柱壳、平头圆柱实体。长度L均为80mm,壳体厚度δ均为2mm。材料的弹性模量E=70GPa,泊松比ν=0.33,密度ρs=2700kg/m3。计算区域示意图如图2所示,其中,....

图2计算区域示意图

计算区域示意图如图2所示,其中,图2(a)为二维截面示意图,图2(b)为三维正交示意图。为提高计算效率,建模时,在ANSYS/LS-DYNA中采用cm-g-μs单位制。由于本文的计算模型为均质回转体模型,因此本文只建立了四分之一模型进行计算。XOZ与YOZ平面设置为约束边界条件,....

图3数值模拟结果与文献[15]实验结果的对比

考虑到实验会存在测量与计算误差,模拟会存在精度问题,导致实验与模拟之间会存在差异,笔者通过对文献[15]中的圆柱壳模型以1.98m/s的初速度入水过程进行计算来验证本文计算方法的准确性。在圆柱壳下设置了5个压力监测点,监测点上的冲击压力峰值ps对比如图3所示,图中,横坐标为压力....

图4不同头型入水过程水相图

不同头型弹性圆柱壳入水过程水相图如图4所示,每幅图之间的时间间隔为1ms,t=0ms对应的时间为入水0ms时刻(即圆柱壳头部刚接触水面时刻),依此类推。从图中可以清晰地观察到,3种不同头型弹性圆柱壳入水超空泡的直径从大到小的顺序为:平头弹性圆柱壳,120°锥角弹性圆柱壳,9....

本文编号：3922162