结构体入水及其水下运动问题探究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huhf1984
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在对装有危险货物的包装物进行水上运输时,过程中可能会发生意外致使包装物落入水中发生事故。为了避免带来损失,了解包装物的下落过程对其落点位置进行预测,减少打捞所需时间显得必须且重要。本文针对包装物倾斜落水的运动问题,根据动力学理论建立数学模型,根据参数进行数值模拟。本文把包装容器作为圆柱形结构物体(以下简称结构体),作为参考对象。将结构体掉落过程分为三个阶段:空气中的掉落阶段,结构体入水阶段以及水下运动阶段。首先假定结构体在沿流线的固定垂直平面内运动。在第一阶段中,将结构体的运动过程看作一个抛体运动,分别考虑了忽略空气阻力以及有空气阻力的影响时,结构体运动速度随时间的变化规律并得出结构体刚接触水面时的速度;在第二阶段中,入水时结构体与水面发生碰撞,根据机械能守恒描述了结构体运动规律以及碰撞后速度损失率。在第三阶段中,考虑了结构体以倾斜姿态在静水和匀速水流中的运动,分别建立了结构体运动速度和位移随时间变化的运动规律,对于匀速水流,利用四阶龙格库塔方法分别模拟了顺水运动和逆水运动两种情况下结构体的运动轨迹,讨论模型的平衡点,并证明了其稳定性。确定了竖直方向的位移后,得到结构体落点位置坐标。之后对于模型中可能发生变化的参数给定误差进行了灵敏度分析。最后,进一步讨论结构体入水的速度方向不在沿流线的固定垂直平面内的情形,假定空间中水流速率在水流横断面内的水平方向呈抛物线分布,建立了结构体在三维空间中的运动模型,讨论了结构体在水下运动过程。
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