超弹性球体入水过程空泡演化及球体变形实验

• 作者: 杨柳 孙铁志 魏英杰 王聪 李佳川 夏维学
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 超弹性球体 入水实验 嵌套空泡 变形
• 年，卷（期）: 2021,（8）
• 所属期刊栏目: 电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学|ELECTROMAGNETISM, OPTICS, ACOUSTICS, HEAT TRANSFER,CLASSICAL MECHANICS, AND FLUID DYNAMICS
• 页码范围: 289-297
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.70.20201738

摘要

超弹性材料是工程实际中常用的材料,具有很强的非线性力学性能.将超弹性材料应用于入水问题是一个新的跨学科研究方向.与传统的刚性球体入水现象不同,超弹性球体入水后极易发生变形.为了探究该大变形的入水流固耦合问题,本文采用高速摄像方法,对超弹性球体垂直入水问题开展实验研究.基于实验结果,对比分析了球体材料属性和入水冲击条件对入水空泡流动及球体变形行为的影响.实验结果表明,超弹性球体入水后产生嵌套空泡现象的条件是需要足够大的入水冲击条件和小的材料剪切模量.嵌套空泡产生和保持的时间与球体的剪切模量和直径有关.超弹性球体的入水位移及其形成空泡的长度随入水冲击速度和剪切模量的增大而增大,却随球体直径的增大而减小.入水冲击速度的增加只会加剧球体的变形程度,而不影响嵌套空泡的产生时刻.同时,本文对球体的变形行为随弗劳德数和剪切模量与水动力之比的变化特性进行了描述与研究.