Моделирование статики и динамики гибкого ограждения баллонетного типа амфибийного судна на воздушной подушке

• Автор: Туманин, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГО АСВП
1.1 Особенности конструкции несущего комплекса АСВП с ТО
баллонетного типа
1.2 Обзор работ по исследованию ТО АСВП
1.3 Основные проблемы проектирования ГО
1.3.1 Материалы ГО
1.3.2 Внешние силы, действующие на ГО
1.3.3 Методики моделирования ГО
1.4 О связи физического и вычислительного экспериментов при
проектировании ГО СВП
1.5 Формулировка задач исследования
ГЛАВА 2 ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧ АЭРОГИДРОУПРУГОСТИ И
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК ДЛЯ АСВП С ГО БАЛЛОНЕТНОГО ТИПА
2.1 Математическая модель тонкостенной оболочки :
2.1.1 Определяющие соотношения нелинейной теории оболочек
2.1.2 Метод конечных элементов в анализе тонкостенных
оболочечных конструкций
2.1.3 Методы интегрирования уравнений статики и динамики
2.1.4 Модель надувной оболочки
2.2 Математическая модель турбулентного течения двухфазной
жидкости с границами раздела сред
2.2.1 Осредненные уравнения Навье-Стокса и составная модель
турбулентности Ментера
2.2.2 Основные принципы численной реализации
2.3 Моделирование взаимодействия ГО баллонетного типа с потоком
жидкости в составе несущего комплекса АСВП
2.3.1 Математическая формулировка задачи взаимодействия упругого тела и потока жидкости
2.3.2 Вычислительные аспекты решения связанных задач теории
оболочек и аэрогидродинамики вязкой жидкости
2.3.3 Тестирование алгоритма решения сопряженных задач в АИ8У8
МесЬашса1-А№У8 СБХ
2.3.4 Постановка задачи аэрогидроупругости бортового ГО в составе несущего комплекса АСВП при движении по водной поверхности
2.3.5 Постановка задачи аэроупругости носового ГО при действии на
него набегающего потока воздуха
2.4 Моделирование предельных нагрузок на ГО и корпус АСВП при
движении по твердой поверхности

2.4.1 Вычислительные подходы к моделированию взаимодействия упругой пневматической оболочки с твердой поверхностью
2.4.2 Постановка задачи определения предельных нагрузок на ГО и корпус АСВП при движении по твердой поверхности
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ГО. ТЕСТИРОВАНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА ГО
3.1 Механические характеристики материалов ГО
3.1.1 Определение механических характеристик материалов ГО
3.1.2 Свойства материала ГО после эксплуатации
3.2 Задача о сжатии пневмобаллона
3.2.1 Лабораторный эксперимент по сжатию пневмобаллона
3.2.2 Сопоставление экспериментальных данных и результатов численного расчета
3.3 Расчетно-экспериментальное исследование формы бортового ГО
3.3.1 Описание натурного эксперимента по определению формы бортового ГО
3.3.2 Вычислительный эксперимент по определению формы бортового ГО баллонетного типа
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГО БАЛЛОНЕТНОГО ТИПА АМФИБИЙНЫХ СВП
4.1 Моделирование несущего комплекса АСВП при учете упругости
элементов ГО
4.1.1 Модели элементов несущего комплекса АСВП
4.1.2 Результаты решения задачи аэрогидроупругости бортового ГО баллонетного типа
4.1.3 Результаты решения задачи аэроупругости носового ГО
4.2 Анализ предельных нагрузок на корпус и ГО баллонетного типа при движении по модельной пересеченной местности
4.2.1 Результаты моделирования препятствия «уступ»
4.2.2 Результаты моделирования препятствия «бревно»
4.2.3 Обсуждение и оценка полученных результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Перечень принятых обозначений
Оп - водоизмещение судна полное, т.
Ьп - длина воздушной подушки, м.
Вп - ширина ВП, м.
С - расход воздуха в ВП, м3/с.
Рп - среднее давление в ВП, Па.
Рвя - давление в баллонете верхнего яруса гибкого ограждения, Па.
Рня - давление в баллонете нижнего яруса гибкого ограждения, Па.
Рвя ' радиус цилиндрической части баллонета верхнего яруса, м.
Яня - радиус цилиндрической части баллонета нижнего яруса, м.
с1 - клиренс судна на воздушной подушке (расстояние от экрана до жесткого корпуса), м.
ку - высота препятствия типа «уступ», м.
к - безразмерная высота препятствия типа «уступ»
Ку - радиус препятствия типа «бревно», м.
Я - безразмерный радиус препятствия типа «бревно»

тельная к исследуемой функции в точке приближения, для которой находится пересечение с осью абсцисс. Эта точка и берётся в качестве следующего приближения. И так далее, пока не будет достигнута необходимая точность. Необходимо отметить, что в случае, когда начальное приближение находится далеко от решения, то итерационный процесс может не сойтись.
Сходимость итерационного процесса считается достигнутой, если выполнены следующие условия по силам и по перемещениям:
раметры сходимости.
В рамках данной работы рассматривается два подхода к решению системы уравнений динамики конструкции (2.7). Расчет задач динамики в комплексе ANSYS Mechanical сводится к серии решений квазистатических задач с нагрузками, зависящими от времени. Временной шаг может быть не очень малым, поскольку при каждом шаге выполняется решение системы уравнений и проводятся уравновешивающие итерации, связанные с матричными операциями.
Решение системы (2.7) в ANSYS Mechanical осуществляется на основе неявной схемы Ньюмарка [65]:
где At = tn+ и 8 - параметры интегрирования Ньюмарка. Реше-
ние по методу Ньюмарка является безусловно устойчивым, если выполнены условия (2.12) [120]:
(2.9)
и/или
(2.12)