1.一种储能发射式结构物旋转入水试验平台的试验分析方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤 1,在结构物(102)的上部粘贴标记纸;
步骤2,将所述结构物(102)预先在发射枪(101)端部旋紧,调整好所述发射枪(101)与水面的姿态,提前开启工业高速摄像机(301)和补光灯(5);
步骤3,将激光转速测量表(302)对准所述标记纸,扣动扳机(104)将结构物(102)向水面发射;激光转速测量表(302)测量所述结构物(102)的转速,工业高速相机持续记录所述结构物(102)的活动图像和水面的变化图像;
步骤4,将工业高速摄像机(301)记录的所述结构物(102)入水视频导入数字图像相关法计算软件,可以计算旋转轴中心某点的“轨迹—时间”坐标;
步骤5,通过三维绘图软件绘制所述结构物(102)、水域和空气域的三维模型,将所述三维模型导入有限元分析软件中,对试验过程进行有限元模拟分析;
所述试验分析方法通过储能发射式结构物旋转入水试验平台进行试验步骤,所述储能发射式结构物旋转入水试验平台包括发射装置(1)、水箱(2)、测量装置(3);
所述水箱(2)内装有清水(201),所述水箱(2)的顶部开口;
所述发射装置(1)包括发射枪(101)、结构物(102),所述发射枪(101)位于所述水箱(2)的上方,用于朝水面发射所述结构物(102);
所述测量装置(3)包括工业高速摄像机(301)、激光转速测量表(302),所述工业高速摄像机(301)用于拍摄所述结构物(102)的活动图像,所述激光转速测量表(302)用于测量所述结构物(102)的转速。
2.根据权利要求1所述的一种储能发射式结构物旋转入水试验平台的试验分析方法,其特征在于,所述水箱(2)为透明式箱体。
3.根据权利要求1所述的一种储能发射式结构物旋转入水试验平台的试验分析方法,其特征在于,所述水箱(2)的一侧设置有挡板(4)。
4.根据权利要求1所述的一种储能发射式结构物旋转入水试验平台的试验分析方法,其特征在于,所述水箱(2)的四周设置有若干补光灯(5)。
5.根据权利要求1所述的一种储能发射式结构物旋转入水试验平台的试验分析方法,其特征在于,所述发射枪(101)内设置有储能件(103),所述储能件(103)用于给所述结构物(102)施加扭矩。
6.根据权利要求1所述的一种储能发射式结构物旋转入水试验平台的试验分析方法,其特征在于,所述发射枪(101)包括扳机(104),所述扳机(104)用于发射所述结构物(102)。
7.根据权利要求1所述的一种储能发射式结构物旋转入水试验平台的试验分析方法,其特征在于,所述结构物(102)上设置有标记纸。
8.根据权利要求1所述的一种储能发射式结构物旋转入水试验平台的试验分析方法,其特征在于,在步骤5中,具体包括以下步骤:步骤5.1,运用CATIA软件绘制所述结构物(102)、水域和空气域的三维模型;
步骤5.2,将建立好的三维模型导入Hypermesh软件进行网格划分,划分好网格后,导出为k文件;
步骤5.3,用ls‑prepost软件打开k文件,通过改写关键字,设置合理的边界条件、接触和材料本构的参数,模拟所述结构物(102)旋转入水过程;通过设置关键字,在空气和水中设置无反射边界条件;在
关键字中设置水平速度和平移速度,待k文件中所有
关键字都设置完毕,再次导出更新后的k文件;
步骤5.4,将更新后的k文件提交ls‑dyna求解器进行计算;
步骤5.5,计算完毕后,将计算生成的d3plot文件导入ls‑prepost文件;选取所述结构物(102)旋转轴上的一个节点,导出此节点的“坐标‑时间”曲线;
步骤5.6,对比并分析试验得到的“轨迹—时间”曲线和有限元模拟得到的“坐标‑时间”曲线,调整有限元模拟的参数,使得有限元模拟结果与试验结果吻合。
9.根据权利要求8所述的一种储能发射式结构物旋转入水试验平台的试验分析方法,其特征在于,在步骤5.4中,计算过程具体包括:假设射流冲击发生在一点,通过在气泡内部设置涡环,进而可以将环状阶段气泡周围流场的总速度 分解成两部分,一部分为涡环诱导速度势 ,另一部分为残余速度势: 式(1);
同理,流场总速度 也被分解成两部分,分别为涡环诱导速度 和残余速度势诱导速度 : 式(2);
针对涡环诱导速度势 ,采取半解析方法来进行求解: 式(3);
式(4);
式中,代表了涡环环量, 和 分别代表了位置向量 在径向和竖直方向上的分量,代表了涡环的闭合曲线; 为指向待求场点的单位向量,是微小线元素,假设射流接触冲击点编号分别为S和N,则: 式(5);
式中, 为S点的涡环环量, 为N点的涡环环量;
在涡环诱导速度势的计算中,当场点 位于涡环之上时,采取式(3);反之,当场点 位于涡环之下时,采取式(4);
涡环诱导速度由 定律计算:
式(6);
残余速度势 在整个流场中连续,满足边界积分方程: 式(7);
式中, 是摩擦阻力, 是势函数;
通过求解关于残余速度势的边界积分方程可以得到节点残余法向速度,进而得到节点的残余速度 ,并与节点的诱导速度 进行矢量叠加后得到节点的总速度;
残余速度势按照下式进行更新:
式(8);
式中, 为流体密度, 是待求点的压强, 为参考点的压强, 为质量流速, 为沿Z轴的坐标;
根据以上公式对环状气泡阶段的速度势和速度进行求解后,环状气泡的动力学边界条件可以改为: 式(9);
相应地,环状气泡的运动学边界条件为:
式(10)。