基于SPH方法的二维液舱晃荡特性研究

本文基于流固耦合动力学理论,建立二维液舱晃荡的光滑粒子流体动力学模型,并引入Dummy边界处理固定边界问题。首先,与实验结果对比验证模型的有效性;随后,分析不同横摇激励、多种载液率下自由液面的运动规律,研究液体抨击舱壁产生的压力特性;在此基础上,设计单一隔板和组合隔板等不同制荡结构,探究共振频率、30%载液率下,自由液面形态和壁面冲击压力的特性。结果表明:在共振频率下,横摇幅值对压力峰值的影响最大;随着载液率的增加,壁面抨击压力双峰特性逐渐消失;当隔板尺度较小时,T型隔板更有利于降低压力的整体水平;双T型隔板可有效降低舱底冲击。

一种基于改进流固耦合力求解的浸没光滑点插值法

浸没光滑点插值方法(immersed smoothed point interpolation method,IS-PIM)是一种基于浸没类方法框架,采用光滑点插值方法(smoothed point interpolation method,S-PIM)作为固体求解器的流固耦合计算方法。在IS-PIM以及其它基于浸没类方法框架的方法中,流固耦合力是基于虚拟流体拉格朗日网格求解的,但这种求解方式忽略了流固边界节点的速度梯度,导致无法计算边界粘性力,尤其是在模拟低雷诺数流动时,会产生较大的数值误差。本文针对上面的问题,提出一种基于真实流体欧拉网格求解流固耦合力的新思路。经过算例证明,该方法无需额外修正即可有效计算流固边界的粘性力,提高了计算精度。

基于浸没光滑有限元法的双圆柱体运动问题研究

本文采用浸没光滑有限元方法对二维流域内双圆柱体运动时的干扰问题进行研究。通过引入虚拟流体假设将流固耦合控制方程进行分解,采用新型光滑有限元方法离散固体运动方程,并用半隐式特征线分裂方法(CBS)求解不可压缩粘性流体N-S方程,流固相互作用力通过虚拟流体域进行计算。结果表明该方法能很好地模拟双体运动干扰作用及引起流场特性的变化。

基于改进MPS方法的三维时域水弹性计算模型

本文在作者已有的二维改进MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法基础上进行了三维拓展(主要包括三维自由面粒子判断),并通过将计算得到的三维溃坝问题结果与文献中实验结果相对比,验证了所发展模型的准确性。在结构响应计算方面,将刚性和柔性模态耦合并计及相互影响。在此基础上,将流体和结构部分通过迭代方式耦合,从而实现强流固耦合计算。最后,应用上述模型对涉及大刚体位移叠加弹性变形的三维方梁的强非线性时域水弹性问题进行了计算,验证了模型对此类问题的有效性。

A Fully Nonlinear HOBEM with the Domain Decomposition Method for Simulation of Wave Propagation and Diffraction

A higher-order boundary element method(HOBEM) for simulating the fully nonlinear regular wave propagation and diffraction around a fixed vertical circular cylinder is investigated. The domain decomposition method with continuity conditions enforced on the interfaces between the adjacent sub-domains is implemented for reducing the computational cost. By adjusting the algorithm of iterative procedure on the interfaces, four types of coupling strategies are established, that is, Dirchlet/Dirchlet-Neumman/Neumman(D/D-N/N), Dirchlet-Neumman(D-N),Neumman-Dirchlet(N-D) and Mixed Dirchlet-Neumman/Neumman-Dirchlet(Mixed D-N/N-D). Numerical simulations indicate that the domain decomposition methods can provide accurate results compared with that of the single domain method. According to the comparisons of computational efficiency, the D/D-N/N coupling strategy is recommended for the wave propagation problem. As for the wave-body interaction problem, the Mixed D-N/N-D coupling strategy can obtain the highest computational efficiency.

回转体垂直带攻角入水流场演化及载荷特性实验研究

为获得回转体在垂直带攻角情况下入水的流场演化和载荷特性,利用高速摄像技术与测量系统对其入水过程进行实验研究。通过对实验过程中流场变化过程和压力及加速度测量结果的提取,分析回转体在有攻角情况入水的空泡演化、喷溅特性和模型表面载荷变化规律。结果表明:回转体带攻角入水使空泡出现明显的不对称性,并出现二次喷溅与喷溅分离线等特殊现象。回转体底部中心点在撞水时会在极短的时间内承受较大的冲击压力,而回转体表面压力主要受流场变化影响,回转体表面压力远远小于回转体头部,且与头部压力变化规律明显不同。