[发明专利]一种基于运动参数的二维结构物入水砰击力分解和计算方法

说明书

本发明提供一种基于运动参数的二维结构物入水砰击力分解和计算方法。包括绘制二维物体模型，将绘制的二维物体模型输入到软件中，分别控制物体做高速度的匀速运动、高初速度的匀变速运动以及考虑重力影响下的低速度匀速运动，在以上每一运动状态下模拟物体从刚接触水面至完全没入自由液面以下的垂向入水过程，计算并提取相应的系数。之后基于上述系数和任意时刻物体的浸没深度、速度、加速度，计算其受到的垂向或水平砰击力。本发明方法考虑了流体重力对于砰击力的影响，因此适用于计算物体在低速度入水下的砰击力预测。当物体形状确定，本发明方法在预测砰击力时，仅与物体此刻的运动状态有关，而与物体的入水初始或者上一时刻的运动状态无关。

技术领域

本发明涉及流体动力学技术领域，尤其涉及一种基于运动参数的二维结构物入水砰击力分解和计算方法。

背景技术

砰击(slamming)是船舶在恶劣的海况中航行时，由于剧烈的刚体运动，所发生的波浪与船体的冲击现象。船舶水动力砰击可以分为四大类：艏底砰击，波浪拍击，艏外飘冲击及甲板上浪。

如CN 110319962A等现有技术对于砰击力的计算，只适用于对二维物体入水过程中垂向砰击力的求解，无法计算水平砰击力，同时，现有的技术方法忽略了流体的重力，因此只适用于二维物体高速入水过程，在速度较低时(1m/s左右及以下)，现有的技术方法得到的结果会出现较大的误差。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于运动参数的二维结构物入水砰击力分解和计算方法。本发明采用的技术手段如下：

一种基于运动参数的二维结构物入水砰击力分解和计算方法，包括如下步骤：

步骤1、绘制二维物体模型，将绘制的二维物体模型输入到CFD软件中，模拟物体从刚接触水面至完全没入自由液面以下的垂向入水过程，其中，使物体做预设高速度的匀速入水运动，在此过程中，关闭流体的重力；

步骤2、提取物体所受的垂向或水平砰击力F随浸没深度h的变化曲线，基于所述预设高速度的速度值获取第一个随浸没深度变化的系数F_v(h)；

步骤3、在CFD软件中，模拟物体从刚接触水面至完全没入自由液面以下的垂向入水过程，其中，使物体做预设高初速度的匀变速运动，在此过程中，关闭流体的重力；

步骤4、提取物体所受的垂向或水平砰击力F′随浸没深度h的变化曲线，在各个浸没深度下，基于步骤2中F_v(h)的值以及步骤3中物体的速度值和加速度值获取第二个随浸没深度变化的系数F_w(h)；

步骤5、在CFD软件中，打开流体的重力，模拟物体从刚接触水面至完全没入自由液面以下的垂向入水过程，其中，使物体做预设低速度的匀速入水运动；

步骤6、提取物体所受的垂向或水平砰击力F″随浸没深度h的变化曲线，在各个浸没深度下，基于步骤2中F_v(h)的值以及步骤5中物体的速度值获取第三个随浸没深度变化的系数F_g(h)；

步骤7、基于任意时刻物体的浸没深度、速度、加速度以及F_v(h)、F_w(h)、F_g(h)计算二维结构物入水砰击力。

进一步地，所述步骤2中，通过如下方式提取第一个随浸没深度变化的系数F_v(h)：

其中：ρ是流体的密度，v表示预设高速度的速度值；

所述步骤4中，通过如下方式提取第二个随浸没深度变化的系数F_w(h)：