碎冰模型形状对船舶碎冰阻力数值预报的影响

在数值模拟中,碎冰模型形状对于船舶碎冰阻力预报结果的准确性具有显著影响。本文以某极地环保多用途运输船为案例对象,研究7种数值碎冰模型形状对船舶碎冰阻力预报的影响,建立片状正方形、圆形、正五边形、正六边形、椭圆形、梯形和不规则多边形数碎冰模型,采用CFD-DEM的方法对船舶碎冰阻力进行预报,并将结果与冰水池模型试验相对比。研究表明,7种形状碎冰模型均能很好模拟出模型试验现象,数值计算得到的碎冰阻力值均比模型试验结果高,片状圆形碎冰模型数值计算值高2.04%,在7种形状中误差最小。因此,在以阻力预报为目的船舶碎冰航道航行CFD-DEM数值计算中,建议采用片体形状为圆形的数值碎冰模型。

楔形体匀速和自由落体水弹性砰击的半解析法求解

针对二维弹性楔形体入水过程的流固耦合问题,提出一种基于耦合Wagner理论和模态叠加法的半解析解方法。结构湿表面的速度势基于Wagner理论求解并考虑了结构弹性影响。砰击压力根据伯努利方程求解,为提高求解精度考虑了伯努利方程中速度平方项。通过平均弹性速度修正模型推导出附加质量和阻尼矩阵,将其代入固体动力学方程从而建立统一的流固耦合方程,耦合方程通过基于隐式的Newmark-β算法实现求解。通过计算楔形体垂直恒速和自由落体入水两种运动状态,并与基于半解析、数值和试验的文献结果进行了对比,验证了所提理论的可靠性。