《Journal of Marine Science and Engineering》:Oxygen Isotope Sclerochronology of the Giant Honeycomb Oyster Hyotissa hyotis off Jeju Island, Korea
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为降低高压逃生舱入波入水过程中的冲击载荷,研究人员在该舱底部配置缓冲气垫,建立了气垫舱体入水流固耦合数值模型。该模型将任意拉格朗日-欧拉法(ALE)与活塞式造波方法耦合,气垫行为采用控制体积法(CV)描述。研究人员针对空心楔形体入水开展数值与物理模型试验对比,
为降低高压逃生舱入波入水过程中的冲击载荷,研究人员在该舱底部配置缓冲气垫,建立了气垫舱体入水流固耦合数值模型。该模型将任意拉格朗日-欧拉法(ALE)与活塞式造波方法耦合,气垫行为采用控制体积法(CV)描述。研究人员针对空心楔形体入水开展数值与物理模型试验对比,依据加速度与变形形态验证数值方法。进一步在规则波条件下模拟分析气垫形状、初始入水速度、入水角度及波浪条件的影响。结果表明:筏形气垫可有效削减冲击载荷并促使舱体更早回弹至水面;随入水角度增大,垂向加速度先降后升,气垫缓冲作用被削弱且延迟;波浪工况下垂向加速度、位移及气垫内压峰值均高于静水,且在较低入速时差异更显著。
研究背景方面,饱和潜水系统广泛用于遇险救援与水下作业,紧急转移时常将高压逃生舱从母船舷侧高速投入海中,形成大尺度结构高速度入水砰击问题。由于气液密度差巨大,舱体在极短时间内承受强非线性瞬态流固耦合载荷。既有研究多聚焦小尺度简化弹体、楔形体或跨介质航行体,对配备附着式气垫的大尺度工程载体在真实波浪中的系统参数研究不足;同时,气垫缓冲机制在波浪相位、波高耦合下的规律仍缺乏定量解释。为此,研究人员以十六米级、总重约一万六千公斤的饱和逃生舱为对象,配置方形、圆柱形与筏形三种气垫,系统考察入水速度、姿态角与波浪环境对载荷及运动响应的影响。
关键技术方法方面,研究人员采用LS-DYNA显式动力学求解器,流场用ALE描述,结构用拉格朗日壳单元,气垫用织物材料与本构模型结合CV气体热力学;通过*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID罚函数耦合流固;造波采用活塞式速度边界生成规则波;并以空心楔形体入水试验校验ALE精度,以文献气垫落体基准校验CV模型,数值波浪槽以线性波理论比对波面。
研究结果部分,气垫构型筛选与缓冲性能评价显示,在等缓冲体积条件下,筏形气垫因下垂裙边约束排开水域、维持内压,使最大侵深最小且最早回弹出水, Square与cylindrical构型持续下沉,故筏形被选定。入水角度影响研究表明,随角度由0°增至60°,基座与乘员位峰值加速度先降后升,40°附近最优;大角度下接触面积减小,气垫内压峰值降低但缓冲延迟,回弹速度减弱。波浪环境影响研究中,规则波使垂向加速度、位移与内压峰值均高于静水,且低入速时波致增量更明显;波高增大加剧砰击;波谷入水最危险,因自由面凹面向下加速汇聚、沾湿面积增长最快,波峰最轻,机制由自由面曲率与表面加速度而非轨道速度主导。
讨论与结论翻译部分,研究人员指出:其一,筏形气垫在浮力大于舱重时兼具最小侵深与最早出水,无气垫且垂向速度超18 m/s时乘员位峰值加速度超限,配筏形气垫后各速度下均低于人体耐受阈值约392 m/s2(40 g)。其二,入水角度存在最优区间,峰值载荷随角度呈先减后增,大角度削弱并延迟缓冲。其三,波浪在低入速下显著放大载荷,波谷相位最严重、波峰最轻,差异随入速提高而减弱。该研究独立印证了Han等关于波谷最危险的认识,并将机制归于自由面几何收敛效应,为大尺度救生舱气垫设计与恶劣海况释放策略提供了量化依据。
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