轮船侧滑式下水SPH仿真案例解析

01—轮船的下水方式

轮船造好之后，有几种常见的下水方式，出于尺寸或结构强度的考虑，采用不同的方式，小一点轮船的可能会被机械吊起放到水中，大号的通常会“踩着气囊”滚到水中，或者沿着斜坡滑到水里，再大些的巨轮需要靠船坞。

常见的轮船下水方式

02—侧滑式下水Abaqus SPH仿真

轮船侧滑式下水

在以上的几种下水方式中，侧滑式下水看起来最震撼、非常壮观，庞大的轮船像是被一只大手推下水的玩具。

侧滑式下水原理比较简单，轮船首先被固定在斜坡上，下水时解除固定，然后在重力的作用下，船体沿着斜坡上的横向滑道下滑，侧向翻落到水中，再依靠浮力将船身扶正，最终漂浮在水中。

虽然实现起来比较简单，但采用侧滑式下水会产生一系列的技术难题，首当其冲的是结构强度问题，尤其是万吨级的重型轮船，侧滑式下水过程中振动和冲击问题严重，对船体的刚强度要求很高，否者非常容易引起变形或损坏。

另外一个是侧翻问题，要保证轮船侧滑入水之后，翻转角度控制在安全范围内，这个问题可以通过仿真手段来进行预测和改进。

工程模拟中多采用Flow-3D或XFlow来解决这类问题，当然我们用Abaqus中的SPH或CEL也可实现这种分析，下面分享一个SPH技术在轮船侧滑式下水模拟中的应用案例。

考虑结构变形的流固耦合问题计算量巨大，假设轮船强度足够，我们只关心上述问题中的侧翻现象，以下的模型里面，轮船的壳单元被约束为刚体，在质心位置定义轮船的质量、转动惯量；滑道部分也做了简化，采用楔形垫块，随船体滑入水中后下沉水底；采用SPH粒子来模拟水，通过定义拉格朗日单元转换实现SPH粒子建模，水域尺度为196×58×28m，父单元尺寸0.8m，SPH粒子总数约65W，i7-8线程32G家用电脑运行时长28小时。

侧滑式下水Abaqus SPH仿真

最大侧翻角度约为20°

侧翻角速度

质心位移量

该模型目前存在问题：

1、SPH粒子数目较少，船体入水时激起的波浪中没有出现明显的水花，对于这种尺度的水域，SPH粒子数至少是百万量级，水花才能较好的模拟出来。

2、从计算出的侧翻角度和角速度来看，初次回到平衡位置之后的往复摆动角度不大，与现实中轮船会明显地往复几次的现象不符，我认为这是转动惯量设置不当的缘故，这几个参数是我按照空壳轮船尺寸以及质量设定的，没有考虑实际轮船上的其他附加质量，通过调整下图中的质心参数，把转动惯量I11调大一点应该就会出现往复摆动。

质心参数

最近关于船体的流固耦合问题比较多，还有水中的船体撞击什么的，这类模拟不管你用什么工具，较大的计算量总归是避免不了的。最后，上面这个案例并不复杂，只是算起来很费电，建模也没啥技术含量，文末送一下福利，方便感兴趣的朋友交流技术问题，建议可以调用HPC的童鞋们建议修改inp文件中的关键字*Section Controls下的PPD参数，调整拉格朗日单元等参方向上生成的粒子数目，以转换更多SPH粒子，来模拟水花溅起的效果，普通计算机运行谨慎修改。

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