平底结构入水砰击仿真分析：空气垫影响

"空气垫在平底结构入水砰击中作用的仿真分析 (2005年)，由陈震和肖Xi撰写，发表于2005年5月的《上海交通大学学报》第39卷第5期，文章编号1006-2467(2005)05-0670-04，关键词包括平底结构、入水、空气垫、飞溅、仿真，中图分类号U663.2，文献标识码A。" 本文是一篇自然科学领域的论文，主要探讨了平底结构在入水过程中空气垫的作用及其对砰击效应的影响。作者运用仿真技术，构建了二维气水流场的有限元模型，以深入理解平底结构入水时的复杂物理现象。 在模型建立中，作者考虑了空气和重力这两个关键因素。空气垫是指在平底结构与水面之间的一层空气，当结构高速入水时，这层空气能够缓冲水与结构的直接碰撞，减少冲击力。通过仿真，作者详细描述了空气层与水面混合的过程，以及在入水瞬间空气层内的物理参数变化，如密度、内能和压力等。 研究还关注了自由液面（即水面）的变化和飞溅效应。自由液面的变化直接影响着入水砰击的压力分布，而飞溅效应对砰击压力的影响则体现在水滴的形成和动能转移上。这两种效应都可能加剧或减缓砰击压力的峰值。 通过对仿真数据的分析，作者探讨了砰击压力峰值的产生机制。通常，压力峰值的出现与空气垫的压缩、水体的动态响应以及结构的几何特性等因素密切相关。当结构进入水中，空气垫被迅速压缩，导致局部压力急剧上升，形成压力峰值。同时，飞溅的水滴可能增加局部的动量交换，进一步影响压力分布。 这篇论文为理解和优化平底结构入水设计提供了理论依据，对于船舶工程、海洋结构物的设计以及相关安全评估具有重要的参考价值。通过对空气垫、自由液面和飞溅效应的深入研究，可以为降低入水冲击力、提高结构安全性提供有效的解决方案。