基于SPH法圓柱形航行體入水沖擊特性

 

1 研究背景及意義

從上個世紀 20 年代起，眾多學者就從理論上和實驗方面進行著手，對入水沖擊現象、沖擊載荷變化規律等方面開展了大量的研究工作。通過對入水沖擊問題的國內外現在進行調研發現，入水問題的研究對象多集中在小型運動體（如楔形體、圓柱體、射彈等），對于大尺度航行體入水沖擊問題研究較少，對此有許多重要問題尚未得到解決，一方面是由于大尺度航行體高速入水進行試驗的成本較高、測試難度較大，根據已公開發布的文獻，國內僅有部分水池支持實驗測試但研究深度和廣度較為有限，尚無法為該類研究提供成熟的技術支持。另一方面，大尺度航行體高速入水時間極短，對于速度、載荷等的監測和計算難度較大，因此采用仿真方法對該過程進行研究顯得尤為重要。

 

2 計算模型

3 LS-DYNA計算模型

4 計算結果

航行體入水的過程包括撞水、侵水、全沾濕后航行主要階段。 撞水階段指的是，運動體在其頭部接觸水面的極短時間內，頭部與水面發生碰撞。 當第一階段撞水結束以后，高速航行體以一定速度向四周排水，使周圍水體發生流動，隨航行體進入水中體積的逐漸增大，自由液面的隆起也變得越來愈越大，與水的接觸面隨之增大，從而擴大了航行體的沾水面積。此階段稱為“侵水階段”。全浸濕后運動階段作為航行體入水過程的最后一個階段，航行體表面的空泡完全消失，整個彈體表面都與開始水接觸，之后運動體進入了受控的彈道狀態。

 

5 小結

     本文主要針對圓柱型航行體入水的載荷特性展開了數值仿真研究，但是鑒于研究的局限性，尚有許多問題需值得深入研究：

（1）入水過程時間極短、受力變化復雜，該過程中航行體的運動穩定性和結構穩定性較為重要

（2）對于局部某點的載荷速度變化比如航行體頭部區域進行持續監測，可以更好地反映載荷特性。

（3）需要從航行體材料和彈性等的變化方面進行仿真研究或實驗。