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基于CEL方法的舰船近场水下爆炸全过程数值模拟研究
| 论文题名： | 基于CEL方法的舰船近场水下爆炸全过程数值模拟研究 |
| 关键词： | 舰船结构;近场水下爆炸;动态响应;CEL数值模拟 |
| 摘要： | 领海守卫是国防建设的重要一环。我国作为海岸线最长的国家之一，加强海洋防护军备开发与研究势在必行，因此对于水下爆炸的研究工作不可或缺。水下爆炸依据爆炸点到作用对象的距离，可分为近场水下爆炸与中远场水下爆炸。由于近场水下爆炸的实验研究十分复杂且安全性较低，故目前多采用数值仿真进行研究。传统数值方法多数采用水下爆炸冲击波载荷与气泡载荷分解研究的方式，很少考虑水下爆炸不同类型载荷间所具有的连贯性和耦合性，特别是对于近场水下爆炸来说，不同类型载荷间耦合性极强，若忽略此种耦合因素，往往很难得到准确的仿真结果。因此，亟需研究更加合理的数值方法，提高近场水下爆炸仿真的准确性。 本文首先基于欧拉方法，采用真实的炸药爆轰模型和JWL状态方程，连续地模拟了自由场水下爆炸全过程，通过与经验公式比对，验证了冲击波载荷的准确性。然后，将基于炸药初始模型得到的气泡脉动阶段模拟结果与实验结果、基于气泡初始模型的模拟结果进行对比验证，进一步验证该方法的精度。在此基础上，分析了自由场水下爆炸气泡脉动阶段以及后射流阶段气泡的动力学行为。 在前文的基础上，针对船舶与海洋工程领域常见的近边界水下爆炸情况，加入了空化截断模型，采用 CEL数值模拟技术与炸药初始模型进行了仿真研究。首先，分别验证了该方法连续模拟近自由面、近刚性壁面水下爆炸全过程的可靠性，然后，针对装药与自由面的距离参数、与刚性壁面的距离参数进行了研究，分析了近自由面水下爆炸距离参数对气泡载荷及水冢形态的影响以及近壁面水下爆炸不同壁面距离参数对气泡及射流行为的影响，进而探究了后射流阶段气泡的动力学行为。 针对近弹塑性结构的水下爆炸情况，基于结构弹塑性理论，结合前面关于近场水下爆炸载荷的研究，首先对简单平板结构遭遇近场水下爆炸进行了数值研究，考察了不同药量下平板结构毁伤特性，分析了平板结构的毁伤模式；然后，连续地模拟了复杂舰船结构遭遇近场水下爆炸载荷的全过程，分析了舰船结构局部破坏与总体毁伤形式。 本文旨在探讨连续模拟近场水下爆炸载荷全过程的数值方法，通过此方法分析近场水下爆炸下不同载荷的耦合影响，同时针对目前研究匮乏的近场水下爆炸气泡载荷后射流阶段、环状射流行为进行探讨；最后对弹塑性结构遭遇近场水下爆炸的变形与毁伤模式进行模拟研究，分析复杂舰船结构在遭遇近场水下爆炸时的动态响应特性。 |
| 作者： | 谭皓洋 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 郎济才 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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