水下接触爆炸作用下双层防护结构瞬态动力分析方法研究

发布时间：2021-07-07 18:26

　　水下接触爆炸是指装药点距离舰船结构较近、爆炸作用可对船体造成严重损伤的水下爆炸。近年来，随着武器精确制导技术的发展，舰船在服役期间遭受水下接触爆炸的风险逐渐升高。为了对水下接触爆炸做出有效防护，保证舰船在遭受接触爆炸后仍具有一定生命力，许多国家都在积极探索和发展新型舰船结构。然而，水下接触爆炸具有爆炸过程复杂、载荷种类繁多、非线性强等特点，现有的数值仿真算法还有一定的不足。对此，本文根据水下爆炸载荷的特点，对水下接触爆炸的数值模拟方法进行了研究，并探讨了不同结构形式的抗爆性能优劣。首先基于Navier-Stokes方程的有限差分格式，对水下气泡脉动过程进行数值模拟，实现了一种能够精确处理复杂形状自由液面边界的数值算法。针对当前气泡脉动仿真算法计算效率低下的情况，提出一种近场压力边界条件，通过势流理论对压力边界外的流场进行简化，从而有效提高了算法的计算效率。将计算结果分别与理论公式和实验数据进行对比，证明了该算法的可靠性与高效性。最后，对近壁气泡脉动和射流过程进行了批量数值模拟，总结了装药量和装药位置对射流尺寸、速度等参数的影响规律。基于气泡脉动模拟得到的射流冲击参数，提出了一套冲击波-... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：113 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
    1.1 研究目的与意义
    1.2 水下接触爆炸基本现象
        1.2.1 冲击波扩散阶段
        1.2.2 气泡脉动阶段
        1.2.3 诱发射流阶段
    1.3 研究进展
        1.3.1 冲击波理论
        1.3.2 气泡脉动理论
    1.4 本文研究内容
第二章 气泡动力学数值模型与求解方法
    2.1 气泡动力学问题基本理论
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 边界条件
        2.1.3 气体状态方程
    2.2 气泡脉动数值模拟算法
        2.2.1 NS 方程在空间和时间上的离散
        2.2.2 自由液面的追踪算法
        2.2.3 自由液面边界条件的处理
    2.3 近场压力边界算法
        2.3.1 边界压力算法
        2.3.2 数值稳定性证明
        2.3.3 数值震荡抑制
    2.4 计算流程
    2.5 本章小结
第三章 气泡动力学数值模型计算结果分析
    3.1 算法可靠性验证
        3.1.1 无穷流域气泡球状脉动验证
        3.1.2 重力场中无穷流域气泡脉动验证
    3.2 近场压力边界与远场压力边界计算结果对比
    3.3 近壁气泡脉动过程分析
    3.4 爆炸初始参数对气泡脉动特性的影响分析
        3.4.1 装药点距壁距离对气泡脉动特性的影响
        3.4.2 装药量对气泡脉动特性的影响
    3.5 本章小结
第四章 水下接触爆炸流固耦合分析的基本原理与应用
    4.1 欧拉-拉格朗日耦合算法原理
        4.1.1 欧拉求解器
        4.1.2 拉格朗日求解器
        4.1.3 流固耦合算法原理
        4.1.4 接触算法基本原理
    4.2 结构受水下冲击波作用的数值模拟方法
        4.2.1 无穷域冲击波数值模拟方法
        4.2.2 冲击波传播过程数值模拟与经验公式对比
        4.2.3 结构受冲击波作用的流固耦合数值模拟
    4.4 结构受射流冲击作用的数值模拟方法
        4.4.1 射流冲击流固耦合模拟方法
        4.4.2 板架结构有限元模型
        4.4.3 计算结果分析
    4.5 本章小结
第五章 结构受水下接触爆炸载荷作用下的防护性能研究
    5.1 冲击波-射流联合作用下结构响应数值模拟方法
        5.1.1 水下接触爆炸主要载荷
        5.1.2 结构受冲击波-射流联合作用的数值模拟方法
    5.2 冲击波射流联合作用下双层防护结构响应数值模拟实例
        5.2.1 气泡脉动模拟与射流冲击载荷计算
        5.2.2 冲击波-射流联合作用数值模型
        5.2.3 数值模拟计算结果
    5.3 水下接触爆炸作用下结构抗爆性能分析
        5.3.1 针对水下接触爆炸防护的结构抗爆指标选取
        5.3.2 “I”形双层结构抗爆能力的影响参数
        5.3.3 “Y”形双层结构抗爆能力的影响参数
        5.3.4 “I”形/“Y”形双层结构抗爆能力对比
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要研究工作总结和结论
    6.2 进一步工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]水中气泡溃灭的理论与数值研究[J]. 张凌新,尹琴,邵雪明.  水动力学研究与进展A辑. 2012(01)
[2]水下爆炸冲击波和气泡联合作用下结构响应数值分析[J]. 徐永刚,宗智,李海涛.  中国舰船研究. 2011(03)
[3]水下爆炸冲击波的近场特性[J]. 师华强,宗智,贾敬蓓.  爆炸与冲击. 2009(02)
[4]水下爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟研究[J]. 胡毅亭,贾宪振,饶国宁,刘家骢.  舰船科学技术. 2009(02)
[5]水下爆炸气泡与海底相互作用研究[J]. 张阿漫,姚熊亮.  振动与冲击. 2008(03)
[6]爆炸容器内部爆炸的数值模拟和实验研究[J]. 饶国宁,胡毅亭,陈网桦,彭金华.  弹道学报. 2008(01)
[7]固支方形板在水下爆炸冲击波载荷作用下动态响应数值仿真研究[J]. 陈永念,谭家华.  舰船科学技术. 2008(01)
[8]水下爆炸冲击波作用下平板塑性动力响应的数值模拟[J]. 贾宪振,胡毅亭,董明荣,许学忠,刘家骢.  舰船科学技术. 2007(06)
[9]水中结构物附近三维爆炸气泡的数值模拟[J]. 宗智,何亮,张恩国.  水动力学研究与进展A辑. 2007(05)
[10]某型舰船水下爆炸冲击波载荷作用下结构动态响应数值仿真研究[J]. 陈永念,谭家华.  舰船科学技术. 2007(04)

博士论文
[1]基于通用程序的水下爆炸及其对结构作用的数值模拟研究[D]. 贾宪振.南京理工大学 2008
[2]舰船非接触水下爆炸动力学的理论与应用[D]. 刘建湖.中国船舶科学研究中心 2002



本文编号：3270138