1、背景

結(jié)構(gòu)物入水沖擊問題具有重要的工程應(yīng)用背景，在船體砰擊、水上迫降、水上飛機(jī)、空投魚雷入水等都屬于這類問題，隨著現(xiàn)代軍事和民用航空航海領(lǐng)域的發(fā)展，這類問題也得到了越來越多的關(guān)注。結(jié)構(gòu)物在入水過程中，會(huì)激起周圍流體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)；反過來，流體介質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)又施加各種反作用力，特別是在入水沖擊初期瞬態(tài)間過程中會(huì)遭受巨大的沖擊載荷，可能導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)失效，對(duì)飛機(jī)的設(shè)計(jì)至重要對(duì)于入水沖擊問題的研究，主要是在理論研究、試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算方法方面，但無論哪方面的研究上都具有一定難度。最初入水沖擊問題主要是針對(duì)入水試驗(yàn)研究，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元技術(shù)的發(fā)展，研究者對(duì)數(shù)值模擬逐漸進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了一定的成就，但是由于有限元技術(shù)在網(wǎng)格上的限制，對(duì)入水這種大變形的問題進(jìn)行模擬時(shí)，往往會(huì)造成網(wǎng)格畸變，無法計(jì)算。近幾年來，無網(wǎng)格的SPH方法在模擬大變形問題的優(yōu)越性而越來越受到人們的重視。

本文運(yùn)用SPH方法對(duì)楔形體入水的過程進(jìn)行了模擬。

水和固體一樣，不像氣體那樣具有很好的可壓縮性，所以一般認(rèn)為是不可壓縮的。但是事實(shí)上，理論上不可壓縮的流體實(shí)際上都是可壓縮的，只是變化不明顯。為了描述這種不明顯的可壓縮性，更好的模擬水的狀態(tài)，需要引進(jìn)人工壓縮率。人工壓縮率的引進(jìn)主要是把所有不可壓縮的流體都考慮為實(shí)際上是可壓縮的。因此，可以用模擬可壓縮的狀態(tài)方程去模擬不可壓縮流。在一些有限元軟件中（如Is-dyna），Gruneisen狀態(tài)方程用的比較多，用于模擬水和空氣等可壓縮的流體。

2、模型設(shè)置

模型為二維楔形體入水，楔形體為剛體，水的材料和狀態(tài)參數(shù)如下圖所示：

楔形體與粒子的接觸設(shè)置為點(diǎn)面接觸：

3、結(jié)果分析

當(dāng)楔形體進(jìn)入水面后，由于楔形體的沖擊作用，水粒子被排開，并且在水面和楔形體接觸處的液面會(huì)升高，隨著楔形體的不斷深入，液面也不斷升高，并有部分水粒子會(huì)沿著楔形體的兩邊界斜向上飛濺，當(dāng)楔形體完全進(jìn)入水面后，在楔形體的兩邊將形成兩條水的飛濺。本文通過在IS-DYNA軟件中建立三維模型，較好地模擬了楔形體撞水和侵水過程。