Моделирование процесса падения тела в «мелкий» и «глубокий» бассейн

Материал с сайта: http://www.cae-services.ru/

Моделировался процесс падения абсолютно жесткого тела в «мелкий» и «глубокий» бассейн. Бассейн имел размеры 20 x 8 x 1 см (мелкий) и 20 x 20 x 1 см (глубокий) и был заполнен водой наполовину. Оставшийся объем был заполнен воздухом.

Падающее тело имело форму цилиндра с диаметром 2 см и высотой 1 см.

На нижней и боковых поверхностях рассматриваемого объема задавались условия непроникновения.

Скорость падения цилиндра в воду равна 0.4 м/с.

Материал цилиндра - алюминиевый сплав Д16Т, полиуретан, пенопласт.

Для описания материалов цилиндра была использована модель абсолютно твердого тела.

Для описания поведения воды была использована модель NULL-материала, для описания сжимаемости - полиномиальное уравнение состояния.

Для описания поведения воздуха была использована модель NULL-материала, для описания сжимаемости - уравнение состояния Грюнайзена.

При построении конечно-элементной модели для создания областей, заполненных водой и воздухом, использовались восьмиузловые объемные элементы - 12-я формулировка объемных элементов LS-DYNA; для абсолютно твердого тела - восьмиузловые объемные элементы - 1-я формулировка объемных элементов LS-DYNA.

Задача формулировалась и решалась в ALE-постановке.

Результаты распределения скоростей жидкости при падении тела в «мелкий» бассейн показаны на рис. 1.

Рис. 1. Распределение суммарной скорости движения жидкости в «мелком» бассейне

График зависимости скорости падения тела от времени, приведенный на рис. 2, отражает колебательный характер движения твердого тела у основания «мелкого» бассейна.

Результаты распределения скоростей жидкости при падении тела в «глубокий» бассейн показаны на рис. 3.
График зависимости скорости падения тела от времени, приведенный на рис. 4, отражает стабилизацию скорости погружения тела в «глубокий» бассейн.

Рис. 2. График зависимости скорости падения тела от времени

Рис. 3. Распределение суммарной скорости движения жидкости в «глубоком» бассейне

Для проверки работоспособности разработанных моделей была осуществлена видеосъемка исследуемых процессов, результаты которой представлены на рис. 5. Сопоставление результатов расчета с экспериментом показало достаточную реалистичность описания исследуемых процессов, в части представления картины распространения возмущений, возникающих в жидкости, их интерференции и отражения от дна бассейна.

Рис. 4. График зависимости скорости падения тела от времени

Рис. 5. Видеосъемка процесса падения тела в «мелкий» (вверху) и «глубокий» бассейн