SPH法解析圆柱形航行体入水冲击特性

1 研究背景及意义

从上个世纪 20 年代起，众多学者就从理论上和实验方面进行着手，对入水冲击现象、冲击载荷变化规律等方面开展了大量的研究工作。通过对入水冲击问题的国内外现在进行调研发现，入水问题的研究对象多集中在小型运动体（如楔形体、圆柱体、射弹等），对于大尺度航行体入水冲击问题研究较少，对此有许多重要问题尚未得到解决，一方面是由于大尺度航行体高速入水进行试验的成本较高、测试难度较大，根据已公开发布的文献，国内仅有部分水池支持实验测试但研究深度和广度较为有限，尚无法为该类研究提供成熟的技术支持。另一方面，大尺度航行体高速入水时间极短，对于速度、载荷等的监测和计算难度较大，因此采用仿真方法对该过程进行研究显得尤为重要。

2 计算模型

3 LS-DYNA计算模型

4 计算结果

航行体入水的过程包括撞水、侵水、全沾湿后航行主要阶段。 撞水阶段指的是，运动体在其头部接触水面的极短时间内，头部与水面发生碰撞。 当第一阶段撞水结束以后，高速航行体以一定速度向四周排水，使周围水体发生流动，随航行体进入水中体积的逐渐增大，自由液面的隆起也变得越来愈越大，与水的接触面随之增大，从而扩大了航行体的沾水面积。此阶段称为“侵水阶段”。全浸湿后运动阶段作为航行体入水过程的最后一个阶段，航行体表面的空泡完全消失，整个弹体表面都与开始水接触，之后运动体进入了受控的弹道状态。

5 小结

本文主要针对圆柱型航行体入水的载荷特性展开了数值仿真研究，但是鉴于研究的局限性，尚有许多问题需值得深入研究：

1）入水过程时间极短、受力变化复杂，该过程中航行体的运动稳定性和结构稳定性较为重要

2）对于局部某点的载荷速度变化比如航行体头部区域进行持续监测，可以更好地反映载荷特性。

3）需要从航行体材料和弹性等的变化方面进行仿真研究或实验。

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