1、結(jié)構(gòu)物入水沖擊問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的流固耦合問(wèn)題。在沖擊入水過(guò)程中，結(jié)構(gòu)和流體會(huì)相互作用，尤其是在結(jié)構(gòu)物入水的初期階段，會(huì)產(chǎn)生比較大的入水沖擊載荷，造成結(jié)構(gòu)變形或者破壞。對(duì)于飛機(jī)水上迫降和飛船返回艙水上回收等問(wèn)題，入水過(guò)程中表面不同部位會(huì)受到不同程度的沖擊，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)內(nèi)部人員的安全，因此入水問(wèn)題的研究在航空航天和軍事領(lǐng)域具有重要的意義。
　　通過(guò)自行設(shè)計(jì)試驗(yàn)加載系統(tǒng)和購(gòu)置試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)鋁材楔形體和弧形體，abs（樹(shù)脂塑料）楔形

2、體的入水沖擊試驗(yàn)進(jìn)行了研究。采用滑輪、滑架、滑軌和繩索等實(shí)現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)物多工況的自由下落入水沖擊試驗(yàn)。采用可變長(zhǎng)度擺桿、擺動(dòng)軸、吊環(huán)和脫鉤裝置實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)物多工況的帶有水平速度的入水沖擊試驗(yàn)。采用高速攝影拍攝了結(jié)構(gòu)物入水沖擊過(guò)程中的濺水情況。采用加速度傳感器采集了結(jié)構(gòu)物在沖擊方向上的加速度響應(yīng)的變化。采用PVDF（聚偏氟乙烯）壓電傳感器采集了結(jié)構(gòu)物入水表面的壓力分布值。
　　通過(guò)對(duì)空腔鋁材楔形體和實(shí)心木材楔形體垂直入水試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3、中，發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)入水沖擊的“密閉空腔效應(yīng)”，并對(duì)空腔填充后的結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證了空腔效應(yīng)的存在。其中密閉空腔對(duì)剛性弧形體加速度的影響比剛性楔形體加速度更嚴(yán)重，空腔使弧形體加速度最大值增大了1.8倍，使楔形體的加速度最大值增大了1倍，而密閉空腔對(duì)彈性體的加速度幾乎沒(méi)有影響。分析其原因?yàn)閯傂越Y(jié)構(gòu)入水沖擊后，應(yīng)力波引起空腔內(nèi)空氣振動(dòng)，使結(jié)構(gòu)整體振動(dòng)增強(qiáng)。而彈性體入水沖擊后會(huì)發(fā)生形變，應(yīng)力波不能有效的引起空腔內(nèi)的空氣發(fā)生振動(dòng)。最后通過(guò)數(shù)值仿真

4、驗(yàn)證了空腔內(nèi)空氣對(duì)結(jié)構(gòu)加速度的影響。
　　試驗(yàn)加速度測(cè)量方面：基于濾波規(guī)則，對(duì)不同結(jié)構(gòu)入水沖擊的加速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和討論，發(fā)現(xiàn)剛性弧形體和剛性楔形體的濾波頻率為210Hz，說(shuō)明結(jié)構(gòu)形狀對(duì)濾波頻率幾乎沒(méi)有影響；abs楔形體的濾波頻率為80Hz，說(shuō)明結(jié)構(gòu)剛度對(duì)濾波頻率影響明顯。在加速度誤差小于5％的前提下，得到適用于剛性結(jié)構(gòu)入水沖擊加速度的濾波范圍為160Hz-260Hz，彈性體為40Hz-200Hz。采用SAE濾波器濾波后的加速

5、度值與數(shù)值仿真值比較一致。
　　試驗(yàn)壓力測(cè)量方面：采用靜力機(jī)、Hopkinson桿和落錘試驗(yàn)機(jī)分別對(duì)PVDF壓電傳感器進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)PVDF傳感器標(biāo)定值受靜動(dòng)態(tài)的影響較大。靜態(tài)情況下標(biāo)定值為1kN/V?；羝战鹕瓧U沖擊速度為5m/s時(shí)，動(dòng)態(tài)標(biāo)定值為4kN/V。落錘試驗(yàn)沖擊速度為2m/s時(shí)，動(dòng)態(tài)標(biāo)定值為3.72kN/V。針對(duì)試驗(yàn)工況，選取了合理的標(biāo)定數(shù)值3.72kN/V，對(duì)鋁材楔形體和弧形體剛性結(jié)構(gòu)入水沖擊的壓力響應(yīng)進(jìn)行了研究

6、。在對(duì)彈性體入水沖擊壓力響應(yīng)的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)了PVDF的彎曲效應(yīng)。首先在結(jié)構(gòu)內(nèi)部粘貼傳感器測(cè)量了由于彎曲效應(yīng)引起的壓力值，然后通過(guò)試驗(yàn)確定了PVDF內(nèi)彎和外彎的比值關(guān)系，最后對(duì)比高速攝影確定傳感器沖擊時(shí)刻，在耦合壓力值去除彎曲效應(yīng)引起的壓力值，得到結(jié)構(gòu)真實(shí)的入水沖擊壓力值。
　　垂直入水試驗(yàn)中，考察了不同形狀（楔形體和弧形體），不同剛度（剛體和彈性體），不同速度（1.5m/s，2.1m/s和2.4m/s），不同質(zhì)量（4kg，5kg

7、和6.5kg）的結(jié)構(gòu)物入水沖擊的加速度和壓力響應(yīng)情況，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和討論。水平入水試驗(yàn)中，考察了不同形狀（楔形體和弧形體），不同水平速度（2m/s~5m/s），不同垂直速度（2m/s~4m/s）和不同入水角度（5°，10°，15°，20°，25°和30°）入水沖擊的加速度響應(yīng)。運(yùn)用LS-DYNA軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)物不同工況下的入水過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值仿真，對(duì)結(jié)構(gòu)物入水過(guò)程的加速度和壓力響應(yīng)作了分析。
　　以楔形體入水沖擊為模型，采用

8、數(shù)值仿真方式驗(yàn)證了流動(dòng)相似準(zhǔn)則中模型和實(shí)物各個(gè)物理量之間的縮比關(guān)系的適用性。根據(jù)本試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯抗r，當(dāng)結(jié)構(gòu)最大應(yīng)變小于0.00186（約為材料屈服應(yīng)變的53%）時(shí)，流動(dòng)相似準(zhǔn)則還是適用的?；谙嗨茰?zhǔn)則，將試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄?shù)據(jù)推廣到了實(shí)際飛機(jī)水上迫降的沖擊響應(yīng)中，得到迫降時(shí)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的過(guò)載和不同位置的沖擊壓力情況。另外，采用數(shù)值仿真對(duì)飛船返回艙水上回收的過(guò)程進(jìn)行了模擬，分析了不同入水姿態(tài)對(duì)返回艙入水沖擊響應(yīng)的影響。
　　本文發(fā)現(xiàn)的“密閉空