柱形裝藥氣泡動(dòng)態(tài)特性及射流沖擊毀傷研究.pdf

1、首先，論文研究的柱形裝藥是水中兵器常用的裝藥形式，在近場(chǎng)水下爆炸問(wèn)題中，球形裝藥假設(shè)不再適用，裝藥形狀和起爆時(shí)狀態(tài)是需要考慮的兩個(gè)影響因素。其次，水下爆炸是艦船生命力的重要威脅，其載荷來(lái)源主要是沖擊波和氣泡的運(yùn)動(dòng)，其中沖擊波及其破壞機(jī)理是以往的研究中人們關(guān)注較多的方面，而氣泡運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的載荷直到近年來(lái)才逐漸引起人們的重視。氣泡運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的載荷包括：氣泡脈沖載荷、氣泡脈動(dòng)產(chǎn)生的滯后流載荷以及氣泡坍塌形成的射流載荷，氣泡脈沖和滯后流載荷呈低頻

2、特征，對(duì)艦船造成總體破壞，危及艦船的總縱強(qiáng)度，而氣泡坍塌形成的高速射流可能引起艦船局部結(jié)構(gòu)的劇烈毀傷。目前射流沖擊方面的研究開(kāi)展得較少，特別是缺乏對(duì)氣泡現(xiàn)象、射流、載荷性質(zhì)與結(jié)構(gòu)破壞響應(yīng)全過(guò)程的機(jī)理認(rèn)識(shí)。
　　 為此，論文以柱形裝藥水下爆炸氣泡為研究對(duì)象，以艦船安全性為研究目標(biāo)，采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，主要研究氣泡的動(dòng)態(tài)特性和射流沖擊載荷引起的船體結(jié)構(gòu)破壞。概括起來(lái)，論文的主要研究工作有：
　　 (1)從實(shí)驗(yàn)、理

3、論和數(shù)值模擬三個(gè)方面綜述了艦船非接觸水下爆炸的研究和發(fā)展?fàn)顩r。對(duì)氣泡動(dòng)力學(xué)研究的方法、內(nèi)容和進(jìn)展進(jìn)行了較為全面地總結(jié)，指出了爆炸氣泡與空化氣泡之間存在的重要區(qū)別，分析了研究非球形裝藥水下爆炸氣泡的必要性和可行性；
　　 (2)對(duì)比分析了球?qū)ΨQ氣泡模型和廣義氣泡動(dòng)力模型的特點(diǎn)和局限性。分析表明，初始參數(shù)的確定方法制約了廣義氣泡動(dòng)力學(xué)模型在非球形裝藥和不同起爆狀態(tài)情況下的應(yīng)用；
　　 (3)建立了實(shí)驗(yàn)室尺度的水下爆炸實(shí)驗(yàn)方法

4、，包括實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)、氣泡產(chǎn)生源的選取、測(cè)試技術(shù)以及影響因素的分析。建立了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，并論證了論文所采用實(shí)驗(yàn)方法的可行性；
　　 (4)將多物質(zhì)ALE有限元模型與邊界元模型接合，建立了非球形水下爆炸氣泡動(dòng)力學(xué)模型，該模型能夠模擬從炸藥爆轟到氣泡在水中發(fā)展運(yùn)動(dòng)的跨時(shí)間尺度問(wèn)題，并計(jì)及了裝藥的形狀和起爆時(shí)狀態(tài)等因素。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值模型的有效性和適用性；
　　 (5)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法獲得了柱形裝藥水下爆炸氣泡在

5、自由場(chǎng)中整體和局部運(yùn)動(dòng)特性的基本現(xiàn)象和規(guī)律，并對(duì)氣泡坍塌形成射流的過(guò)程進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)氣泡運(yùn)動(dòng)形成射流的過(guò)程與氣泡的非球形坍塌有著密切的聯(lián)系，得到了非球形氣泡的坍塌過(guò)程與初始?xì)馀荼砻婢植壳拾霃接嘘P(guān)的坍塌機(jī)制；
　　 (6)采用非球形水下爆炸氣泡動(dòng)力學(xué)模型得到了邊界附近氣泡的周期、半徑或形態(tài)演變、遷移和射流等基本性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)在實(shí)際裝藥情況下，影響柱形裝藥水下爆炸氣泡射流性質(zhì)的因素主要包括：起爆時(shí)狀態(tài)、氣泡所處深度、邊界類型和氣泡距

6、邊界的距離。其中，起爆時(shí)狀態(tài)主要對(duì)射流的形狀、影響區(qū)大小產(chǎn)生影響；氣泡所處深度主要對(duì)射流的形狀、速度產(chǎn)生影響；邊界類型和氣泡距邊界的距離主要對(duì)射流的方向產(chǎn)生影響；
　　 (7)采用理論和數(shù)值模擬方法研究了射流的載荷特性，并根據(jù)射流沖擊的性質(zhì)建立了計(jì)算模型，對(duì)水下爆炸氣泡射流沖擊船體典型板架結(jié)構(gòu)的變形和破壞問(wèn)題進(jìn)行了計(jì)算分析，研究結(jié)果表明射流沖擊載荷對(duì)船體典型結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的局部破壞。射流沖擊船體板架結(jié)構(gòu)時(shí)，主要存在兩種破壞模式：射