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基于声固耦合法的水下爆炸冲击波在复杂边界附近空化特性研究
| 论文题名： | 基于声固耦合法的水下爆炸冲击波在复杂边界附近空化特性研究 |
| 关键词： | 舰船;水下爆炸;冲击波;空化特性;声固耦合 |
| 摘要： | 在船舶与海洋工程领域中，水下爆炸问题一直都是学者们研究的热点，提高舰船的抗爆能力是各国海军关注的重点。水下爆炸载荷常常使舰船产生塑性大变形甚至折断的情况，因此对于水下爆炸的研究不仅有助于了解水下爆炸载荷对于舰船的损伤机理，而且有助于舰船的抗冲击设计，有助于提高海军舰艇的生命力。水下爆炸对于舰船的损伤形式主要分为冲击波对舰船的损伤、气泡脉动载荷对舰船的损伤以及空化效应对于舰船的损伤。一直以来对于冲击波以及气泡脉动的研究比较多，而对于水下爆炸空化现象的研究较少，本文主要针对水下爆炸产生的空化现象进行研究。当冲击波到达流固耦合界面时会发生反射，反射波与入射波的叠加可能会使界面附近产生负压区，当水域中压力达到水的空化压力时就会发生空化现象，空化现象会对附近的结构产生二次加载作用从而对结构造成损伤。 首先本文从水下爆炸流固耦合的基本现象入手，采用声固耦合方法模拟经典Bleich&Sandler一维平板模型中的一维空化现象，通过计算一维平板模型中的空化区域范围与平板速度变化规律，将计算结果与解析解进行对比从而验证了声固耦合方法计算水下爆炸及空化问题的准确性。 其次基于轴对称模型模拟了无限宽水域、带刚性壁面的圆柱形水域、带平板的水域中的水下爆炸过程及空化现象，总结了轴对称水域模型在不同边界条件下，冲击波在自由面附近以及刚性壁面附近水域中形成的空化区域的特征，并且研究了空化区域中不同位置处的压力时间特性。 基于三维有限元模型模拟了带刚性壁面水域、带波浪水域中的水下爆炸过程及空化现象，总结了在三维水域中，水域边界条件对于空化区域特征的影响规律，研究了冲击波作用下不同边界水域中空化区域中的压力特征以及二次加载作用。 最后本文基于声固耦合方法对舰船典型结构中的加筋板结构和舱段结构进行了水下爆炸数值模拟，研究了冲击波作用下加筋板以及舱段结构附近空化区域的特征，并对比了考虑空化作用与不考虑空化作用时结构的动态响应，探讨了空化现象对结构的二次加载现象，旨在为水下爆炸与舰船抗冲击的研究提供参考。 |
| 作者： | 李程辉 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 张阿漫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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