典型边界条件下近场水下爆炸气泡运动特性研究

发布时间：2017-09-07 01:39

  本文关键词：典型边界条件下近场水下爆炸气泡运动特性研究

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【摘要】：近场水下爆炸气泡运动特性问题对于战斗部设计及舰船防护具有重要工程意义。本文采用仿真与实验对比的方法,针对刚壁和带破孔刚壁结构附近单个装药起爆、自由场中两装药同时和延时起爆以及刚壁结构附近两装药同时起爆所产生的气泡运动进行研究。通过对不同工况下爆炸产生的气泡演变过程分析,给出了距离参数、圆孔半径参数、两装药间距离对气泡脉动、气泡形成射流的影响规律。首先,建立合理的仿真模型,对于自由场爆炸仿真与文献中实验结果对比,对近场水下爆炸薄板的毁伤过程进行完整过程仿真并与试验结果进行对比,验证了数值仿真方法的正确性,确定了边界条件选取,状态方程,网格划分的方法,论证了仿真方法的精确度。然后,针对在深水中,刚壁和带圆形破口刚壁附近气泡动态特性进行研究,与实验中气泡的动态特性比较。通过数值仿真计算,得到了不同破孔半径、不同距离参数对气泡运动特性、射流形态和射流速度的影响规律,表明破口的存在改变了气泡附近流场的边界条件,进而影响气泡的运动,当破孔半径大于气泡最大半径的时,结构对于气泡的影响可以忽略。最后,针对无自由液面影响下,自由场和刚壁附近两装药同时起爆时的气泡的相互作用进行了研究。分析了距离参数?和?对冲击波叠加效应、气泡运动特性以及射流特性的影响,分析了两装药同时及延时起爆时冲击波的相互作用,给出了延时大小对冲击波相互作用的影响。表明两装药对于近场冲击波压力有明显加强效应,对于气泡的二次脉动削弱明显;当距离参数?和?大于2时,气泡和刚壁对另一气泡的Bjerkness力很小,相当于气泡在自由场中运动。本文的研究成果为舰船防护及战斗部设计等领域提供一些具有工程应用价值的结论。
【关键词】：水下爆炸 气泡脉动 水射流 多气泡 数值模拟
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ6;U674.70
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 水下爆炸近场定义12-13
• 1.3 近场水下爆炸气泡运动研究现状13-17
• 1.3.1 近场水下爆炸气泡运动理论研究进展13-15
• 1.3.2 近场水下爆炸气泡运动特性实验研究进展15-16
• 1.3.3 近场水下爆炸气泡运动特性数值仿真研究进展16-17
• 1.4 国内外研究综述小结17-18
• 1.5 本论文研究工作18-20
• 第2章 水下爆炸气泡运动理论及数值仿真方法20-36
• 2.1 水下爆炸的基本物理过程20-22
• 2.2 水下爆炸气泡运动初始条件22-26
• 2.2.1 冲击波的形成22-23
• 2.2.2 冲击波的传播23-26
• 2.3 气泡载荷计算26-29
• 2.3.1 射流形成条件26-27
• 2.3.2 射流载荷计算27-29
• 2.4 数值计算方法验证29-35
• 2.4.1 网格单元与水域尺寸29-32
• 2.4.2 验证AUTODYN流固耦合算法32-33
• 2.4.3 材料模型选取33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 带孔刚壁结构附近气泡运动特性研究36-50
• 3.1 无孔刚壁附近气泡运动特性36-42
• 3.1.1 气泡形态演变过程37-39
• 3.1.2 射流头部速度与形态39-41
• 3.1.3 射流冲击压力41-42
• 3.2 圆形破孔刚壁附近气泡动态特性42-48
• 3.2.1 气泡形态演变过程42-44
• 3.2.2 圆形破孔半径对水射流特性影响44-48
• 3.3 本章小结48-50
• 第4章 气泡相互作用的运动特性研究50-65
• 4.1 自由场两装药起爆载荷特性50-58
• 4.1.1 同时起爆冲击波相互作用研究50-53
• 4.1.2 延时起爆冲击波相互作用研究53-55
• 4.1.3 两气泡相互作用过程55-58
• 4.2 刚壁附近两装药爆炸气泡运动特性58-63
• 4.2.1 气泡形态演变过程59-61
• 4.2.2 距离参数对气泡动态特性影响61-63
• 4.3 本章小结63-65
• 结论65-68
• 参考文献68-73
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单73-74
• 致谢74

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本文编号：806675