地效飞机着水载荷数值分析
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摘要
本文主要研究了地效飞机入水的载荷特性,应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了计算模型,利用流固耦合算法对地效飞机着水过程进行了仿真。
本文首先介绍了国内外对地效飞机和结构物入水研究的发展状况以及有限元法的求解步骤和相关理论；其次描述了物理模型的生成、网格的划分以及关键字的设定。通过对地效飞机着水的数值求解,作者得到了地效飞机着水时出现空气夹层、着水后发生溅水和水中压力波传播的三维效应；之后分析了地效飞机着水过程中速度、加速度的变化情况,得出加速度峰值大小与其出现的时刻；最后结合地效飞机着水过程中的速度和加速度变化曲线分析了主浮舟、小浮舟受载情况,并得到了地效飞机着水过程中的受载特性。
总之,本论文的数值分析结果在一定程度上为地效飞机的结构设计提供了技术支持,对解决同类结构物的入水载荷问题也具有一定的参考价值。
In this paper, the numerical analysis of the high-speed water entering of the Wing-In-Grade-Effect-Plane is carried by the Fluid-structure Interaction way of the ANSYS/LS-DYNA. Some significant conclusions are given through the analysis the simulating results.
At the beginning of this paper, the research history development of the water-entry structure is reviewed. Secondly, the basic principle and solving steps of the FEM methods, as well as the calculating method are introduced. Through the Numerical Simulation of the high-speed water entering of the Wing-In-Ground-Effect-Plane, we get the 3D images of Entering the water, the water upheaval, splashing water, pressure-wave and the speed-acceleration curve.
In one word, the results of this research and calculation may provide a technical support for the design of Wing-In- Ground-Effect-Plane in some degree, and also are useful for the dynamics analysis of other high-speed water entering structures.
本文首先介绍了国内外对地效飞机和结构物入水研究的发展状况以及有限元法的求解步骤和相关理论；其次描述了物理模型的生成、网格的划分以及关键字的设定。通过对地效飞机着水的数值求解,作者得到了地效飞机着水时出现空气夹层、着水后发生溅水和水中压力波传播的三维效应；之后分析了地效飞机着水过程中速度、加速度的变化情况,得出加速度峰值大小与其出现的时刻；最后结合地效飞机着水过程中的速度和加速度变化曲线分析了主浮舟、小浮舟受载情况,并得到了地效飞机着水过程中的受载特性。
总之,本论文的数值分析结果在一定程度上为地效飞机的结构设计提供了技术支持,对解决同类结构物的入水载荷问题也具有一定的参考价值。
In this paper, the numerical analysis of the high-speed water entering of the Wing-In-Grade-Effect-Plane is carried by the Fluid-structure Interaction way of the ANSYS/LS-DYNA. Some significant conclusions are given through the analysis the simulating results.
At the beginning of this paper, the research history development of the water-entry structure is reviewed. Secondly, the basic principle and solving steps of the FEM methods, as well as the calculating method are introduced. Through the Numerical Simulation of the high-speed water entering of the Wing-In-Ground-Effect-Plane, we get the 3D images of Entering the water, the water upheaval, splashing water, pressure-wave and the speed-acceleration curve.
In one word, the results of this research and calculation may provide a technical support for the design of Wing-In- Ground-Effect-Plane in some degree, and also are useful for the dynamics analysis of other high-speed water entering structures.
引文
[1]王存林.地效翼船——21世纪的交通工具.上海造船,2003,2(16)：65-68
[2]沈海军.水上飞机、地效飞行器与冲翼艇辨析.中国科技术语,2007,5：39-40
[3]李巍.走进地效翼船.船舶经济贸易,2002,2：32-33
[4]周常尧,华阳,刘振兴.地效飞行器的发展现状及军事研究.航空科学技术,2006,1(14)：23-27
[5]元祥.一路走来的地效翼飞机.科技之友,2007,4：28-29
[6]李杰.掠海神鹰.解放军出版社,2007,7(11)：78-90
[7]陈东,高飞,王晓东.俄罗斯及我国的地效飞行器的发展.现代军事,2005,3：13-16
[8]张清勇.地效翼船新兴市场增长战略研究.海交通大学硕士学位论文,2003
[9]中国船级社.国内海船入级规则.人民交通出版社,2005
[10]中国船级社.地效翼船检测指南.指导性文件(GD13-2007),2008.
[11]肖熙.弹性平底结构入水冲击压力及船舶总体强度研究与分析.上海交通大学硕士学位论文,2001
[12]卢炽华,何友声.二维弹性结构入水冲击过程中的流固耦合效应.力学学报.2000,3(32)：129-141
[13]郁卫东.结构高速入水载荷数值研究.大连理工大学硕士学位论文,2006
[14]Von Karman T. The impact of seaplane floats during landing. Washington DC, USA:National Advisory Committee for Aeronautics, NACA Techical Notes 321,1929
[15]孙辉.二维楔形结构自由冲击入水的流固耦合研究.上海交通大学硕士学位论文,2001
[16]Wagner V H. Phenomena associated with impacts and sliding on liquid surfaces. Z Angew Math Mech,1992,12(4):193-215
[17]Chuang Sheng Lun. Experiments on slamming of wedges-shaped bodies. Journal ofShip research,1967,12(3):190-198
[18]W. L. Mayo. Hydrodynamic impact of a system with a single elastic mode. NACA 1413,1956
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[34]钱勤,黄玉盈,王石刚.任意的拉格朗日欧拉边界元-有限元混合法分析物体撞水响应.固体力学报,1994,7(15)35-39
[35]钱勤,黄玉盈,乐东义.时域边界元法分析撞水响应.固体力学学报,1996,1(17)：49-57
[36]王冰,叶天麒.边界元的耦合界面步进法分析物体撞水响应.航空学报,1997,9(18)：551-554
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[38]陈铁云,王刚.高速船舶结构设计中流体冲击载荷的数值计算.上海交通大学学报,1998,11(32)：30-33
[39]卢炽华,何友声,王刚.船体砰击问题的非线性边界元分析.水动力学研究与发展,1999,7(14)：169-175
[40]卢炽华,郑际嘉.刚性细长柱体倾斜姿态落水冲击的附加质量法.华中理工大学学报,1996,12(24)：89-93
[41]卢炽华,郑际嘉.空投鱼雷倾斜姿态落水冲击研究.应用力学学报,1996,7(4)：17-23
[42]孙辉,卢炽华,何友声.二维楔形体冲击入水时的流固耦合响应的实验研究.水动力学研究与发展,2003,3(18)：104-109
[43]江松青,李永池.侧向不均匀冲击下环向加筋圆柱壳的动力响应.计算力学学报,2001,6(18)：443-448
[44]张学广,边金尧,方世武.皿形圆柱体大角度撞水载荷计算及缓冲问题的研究.中国舰船研究,2007,6(2)：22-27
[45]宣建明,缪弋,程军.返回舱水上冲击特性的试验研究与理论计算.水动力学研究与发展,2000,8(15)：276-286
[46]张志荣,洪方文,张军.入水初期流场的测量方法.水动力学研究与发展,2001,4(16)：274-278
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[48]顾王明,唐文勇,陈铁云.结构流——固冲击屈曲研究进展.力学进展,1996,10(26)：56-57
[49]洪亮,陶钢,徐秉汉.边界元法、有限元法在地效翼船总体设计中的应用.安徽大学报,2007,9(21)：62-65
[50]洪亮,张伟,冷建兴.地效翼船主浮舟疲劳寿命预测方法及提高——主浮舟疲劳强度方法的探讨.船舶力学,2003,7(7)：71-80
[51]洪亮,徐秉汉,张伟.地效翼船结构设计方案的探索.船舶力学,2003,10(7)：45-51
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[53]高群涛.结构弹性对底部砰击压力的影响.哈尔滨工程大学硕士学位论文,2007
[54]王勖成,邵敏.有限元法基本原理和数值方法.北京：清华大学出版社,2006
[55]G.R.Liu(刘佳荣), S. S. Quek.有限元法实用教程.长沙：湖南大学出版社,2004
[56]鲁忠宝,南长将.鱼雷入水战斗部动态响应仿真分析.鱼雷技术,2006,10(26)：36—39
[57]熊天红,阮文俊,吴军基,刘怡昕.水下高速射弹超空泡流特性分析.火炮发射与控制学报,2008,9(3)：6-9
[58]夏斌,陈震,肖熙.弹性平底海洋结构物入水冲击的仿真分析.中国海洋平台,2005(20)：22-28
[59]郑金伟,宗智.2D刚体椭圆头结构高速入水撞击模拟.鱼雷技术.2008,4(16)：9-12
[60]李裕春,时党勇,赵远.ANSYS 10.0/LS-DYNA基础理论与工程实践.北京：中国水利水电出版社,2006
[61]时党勇,李裕春,张胜民.基于ANSYS/LS-DYNA 8.1进行显式动力分析.北京：清华大学出版社,2005
[62]赵海鸥.LS-DYNA动力分析指南.北京：兵器工业出版社,2003
[63]白金泽.LS-DYNA3D理论基础与实例分析.北京：科学出版社,2005
[64]尚晓江,苏建宇,王化.ANSYS10.0/LS-DYNA动力分析方法与工程实例.北京：中国水利水电出版社,2006
[65]王永虎,石秀华.入水问题的研究现状与进展.爆炸与冲击.2008(3)：276-282
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