شبيه‎سازي سه‎بعدي برخورد پرتابه استوانه‌اي به سطح آب به منظور پيش‎بيني رفتار پرتابه و تنش‎هاي وارده به اجزاي آن

Dimensional Impact Simulation of Cylindrical Projectile with Water Surface to Predict Projectile’s Behavior and the Stresses Induced in it

بررسي نيروهاي هيدروديناميكي ايجاد شده در اثر برخورد اجسام به سطح آب در طراحي سازه از اهميت زيادي برخوردار است. نيروي برخورد با آب در شناورهاي تندرو و ضربه امواج به سكوها از نمونه هاي متداول اين پديده هستند. بررسي پديده برخورد با استفاده از روشهاي تحليلي به علت پيچيدگي فراوان آن عملاً امكان‌پذير نيست. همچنين ساخت مدل و انجام آزمايش به زمان و هزينه زيادي نياز دارد. تحقيقات متعددي در زمينه برخورد سازه‌هاي مختلف به سطح آب صورت پذيرفته است كه تعامل بين سازه و سيال با توجه به تغيير شكل زياد سيال، تحليل مسايل را با مشكل مواجه مي‌نمايد. در اين پروژه برخورد يك پرتابه استوانه‌اي شكل با سطح آب در سرعت‌ها و زاويه‌هاي مختلف با استفاده از روش اويلري-لاگرانژي توسط نرم‌افزار LS-DYNA بررسي شده است. براي مدل‌سازي، ابتدا مدل سه‌بعدي پرتابه بوسيله نرم‌افزار SolidWorks تهيه شده و سپس در محيط نرم‌افزار LS-DYNA شبكه بندي و تكميل شده و مدل آب و هوا نيز در همين محيط ايجاد گرديده است. شبيه‌سازي با تعريف شرايط مرزي صورت پذيرفته است كه نتايج آن نشان‌دهنده تاثيرات زياد تغيير سرعت پرتابه در افزايش تنش، كرنش پلاستيك و همچنين كاهش سرعت پرتابه در اثر برخورد با آب است.

Prediction of hydrodynamic loads during water impact has great significance in the structural design of vehicle. Impact load of fast crafts with water surface and the slam force of waves on the members of offshore structure is common examples of this phenomenon. There is not any available theoretical tool to exactly handle this complicated phenomenon and the experimental procedures in the laboratory are both time-consuming and expensive. Several studies has been done on impact to various structures from the water. Dependence of the solution of the problem to the change in the boundary shape of the water surface, makes the problem extremely complex and difficult to solve analytically. In this project, impact of a cylindrical projectile on the water surface at different entry velocities and entry angles is examined using Euler–Lagrange method in LS-DYNA software. Three-dimensional simulation and meshing of the body has been perform in LS-DYNA and then the water and the air model has been created. Simulation results with Specified boundary conditions indicate significant effect of velocity changes on the stress, plastic strain and reduce the velocity of the projectile on water impact.