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多方位曲面边界条件下近场水下爆炸气泡运动与载荷特性研究
| 论文题名： | 多方位曲面边界条件下近场水下爆炸气泡运动与载荷特性研究 |
| 关键词： | 潜艇;曲面边界;水下爆炸气泡;运动特性;载荷特性 |
| 摘要： | 潜艇在水中可能遭受任意方位而来的攻击，随着制导技术的快速发展，潜艇被水下武器近距离击中的可能性也不断上升。曲面边界是潜艇的主要结构形式，水下爆炸气泡受不同方位曲面边界的影响，将会呈现出差异较大的运动特性，以致产生不同的气泡载荷，而在近场水下爆炸中，气泡载荷又是造成潜艇毁伤的主要因素之一。为了分析不同方位曲面边界下气泡的运动与载荷特性，本文采用CEL法数值模拟与电火花实验相结合的方式对其进行研究。实验结果用于证明数值模拟的准确性，数值模拟用于补充实验中难以完成的工况，两种方法相互结合，使本文的研究更加完善。 首先，采用CEL方法对自由场中水下爆炸气泡的脉动全过程进行模拟。通过与参考实验进行对比，验证了CEL方法模拟水下爆炸问题的准确性，并确定了仿真所需的材料参数、状态方程、边界条件等前处理设置。然后，对近自由面的水下爆炸问题进行模拟，并引入空化截断模型，考虑了自由面附近的空化效应，接着分析环状气泡运动与自由面水冢现象，并通过电火花实验进一步证明了CEL方法的准确性。 曲面边界条件下的气泡运动特性分析探究。通过定义极坐标系，将曲面边界的方位用无量纲爆距γ和极角θ这两个参数进行表示。然后，分别改变这两个参数来设置不同的工况，完成多方位曲面边界条件下的数值模拟和实验研究。主要分析了γ和θ对气泡的运动形态、脉动周期、射流形式和射流方向的影响，并给出气泡射流形态、射流方向随曲面边界方位的变化规律。由于需要进行大量工况的数值模拟，因此本文对Abaqus软件进行二次开发，极大地缩短了仿真前处理所需时间。 最后，基于实验中压力传感器所测量的载荷数据，并结合先前对气泡运动特性的分析，本文对曲面边界条件下的气泡载荷特性进行探究。主要分析了γ和θ对气泡载荷的类型、峰值、脉宽、生成时间的影响，最终得出气泡载荷峰值随曲面边界方位的变化规律。旨在寻找水下武器的最佳进攻方位，并为潜艇抗爆抗冲击性能的研究提供参考。 |
| 作者： | 李超 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 史冬岩 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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