摘要：

本文档采用LS-DYNA对救生艇高空滑落入水问题进行数值分析。滑落入水问题的难点主要表现在如下三个方面：

1）大变形流体区域的有限元描述；

2）真实变形救生艇的有限元描述；

3）结构与流场的流固耦合处理。

本文采用欧拉算法描述大变形的流体区域，结构采用拉格朗日算法进行描述，结构和流场之间的耦合方式为基于罚函数的接触类方法。

本文档首先简单的介绍了救生艇高空滑落背景和数值计算核心的设置。接着给出了动水压力载荷作用下复合材料救生艇的动力学响应，并对复合材料结构入水的安全性能进行评估。

1. 救生艇高空滑落的背景

本文档的背景为：复合材料救生艇从船舶或者海洋平台上滑落，复合材料救生艇以一定的倾角，一定的速度撞击水面，图1和图2所示。复合材料救生艇在水动冲击载荷的作用下，结构将发生变形。过高的水动冲击载荷将导致救生艇发生破坏，危及到乘员的生命安全。

动力学冲击载荷作用下的结构安全是现代船舶设计最需要考虑的问题。复合材料救生艇的动力学响应以及结构安全性能评估异常复杂，这主要是由冲击区域流体高度变形特性以及变形结构和流体区域之间的流固耦合方式所决定的。如何描述和求解流体与可变形界面耦合问题都是一个非常具有挑战性的课题。

针对救生艇入水这一具体问题，目前主要的流体-结构耦合处理方法主要包括：

1) 传统拉格朗日接触方法;

2) 自适应欧拉网格(Adaptive Eulerian Mesh)边界方法;

3) 水平集方法（ Lever Set Mothod）；

4) 基于光滑粒子流体动力学（ Smooth Particle Hydrodynamics, SPH）的“核函数”耦合方法;

5) 基于拉格朗日-欧拉算法的“罚函数” 接触方法;

上述方法的各有优缺点，不是写科技论文，仅对将要采用的方法进行简单的介绍，其它的方法就此略过。

基于拉格朗日-欧拉算法的“罚函数” 接触方法。拉格朗日-欧拉算法的网格处理方法兼具拉格朗日和欧拉方法的优点，在结构边界运动的处理上引进了拉格朗日的特点，能够有效的跟踪物质结构边界的运动。在内部网格的划分上，吸取欧拉方法的长处，使内部网格单元独立于物质实体而存在。在物质域和空间域外引进了参考域，通过在参考域网格上的求解，既解决了拉格朗日描述下材料可能的严重扭曲，又解决了欧拉描述下移动边界引起的复杂性。流体与结构间的相互作用采用罚函数耦合方法进行控制。

基于 ALE 的罚函数耦合方法是使用最多的方法。

其优点表现为：

l  能够兼顾拉格朗日和欧拉算法的优点，能够解决结构的非线性问题（几何非线性、材料非线性），同时又能对流体运动特性进行准确的描述[30]。

l  能够解决结构破口流体涌入后二次冲击作用下的结构响应问题[30]。

l  通过设置流体状态方程的截断压力，可以粗略的描述尾部的空化效应[31]。

l  通过拉格朗日-欧拉罚函数耦合算法定义结构-流体间的相互作用，可以传递流体的压缩和膨胀引起的压力变化，故可以计入水上迫降尾部的伯努利效应[31]。

其缺点表现为；

l  拉格朗日-欧拉罚函数耦合算法通过流体渗漏和接触刚度定义流体-结构之间的相互作用力，极容易引起流体渗漏。

l  流体压力和结构压力载荷不统一，通过压力传感器单元采集到的压力信号波动较大，并且压力在相邻空间的分布连续性很差。

安全性评估报告见

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