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水下爆炸气泡动力学特性及附近结构响应数值研究
| 论文题名： | 水下爆炸气泡动力学特性及附近结构响应数值研究 |
| 关键词： | 水下爆炸;气泡动力学;水中结构物;气泡脉动;破坏机理;水面舰船;气泡模拟 |
| 摘要： | 水下爆炸是一个非常复杂的能量转换的物理化学过程，其巨大的破坏力对海军的舰船等水中结构物构成了最严重的威胁。水下爆炸物理过程一般简化为两个过程：(1)冲击波；(2)气泡脉动。以往人们大都专注于冲击波及其破坏机理的研究工作。近些年的实验和分析表明，水下爆炸气泡脉动过程也会对附近结构物例如水面舰船造成严重损伤。气泡运动问题以及气泡和舰船等结构物的相互作用已成为目前国际上研究的热点。 本论文主要通过数值方法研究水下爆炸气泡的运动规律、在气泡作用下水中结构遭受载荷特性，并且利用ANSYS建立精细结构边界，进行结构的动力响应分析。其基本方法是，基于势流理论采用边界积分法求解拉普拉斯方程，结合对时域的积分求解爆炸气泡的动边界，最终建立起水下爆炸结构物附近三维非对称气泡运动的计算模型。围绕这一计算模型，本文进行的主要工作为： (1)本文从理论分析、实验技术、数值方法等方面回顾了国内外关于气泡动力学特性研究进展，回顾讨论气泡模拟的发展过程及其关键技术，并在上述基础上提出了一些尚需进一步解决的问题，为指导本文的后续工作奠定了基础。 (2)推导了水下爆炸气泡运动的动态方程，采用边界积分方法实现其三维空间的离散和数值计算，解决气泡大变形运动以及环形气泡的数值模拟问题。 (3)与参考文献的实验进行对比，验证了计算模型的正确性和稳定性。数值分析了炸药药量、爆炸水深对气泡脉动周期、射流产生时间以及射流速度等对气泡运动的影响，并总结规律。 (4)建立无限水域中水下爆炸气泡附近椭球体以及船体等结构边界的精细模型，并计算了48种工况下结构遭受的气泡载荷，同时选取具有代表性的工况分析了不同药量、不同水深和不同气泡到结构距离情况下，结构载荷的特点。 (5)最后，在准确计算气泡载荷的基础上，考虑附连水质量和阻尼作用，利用ANSYS软件求解在气泡载荷作用下的椭球体结构的动响应，并给出初步分析结果。 本论文的所有研究工作旨在为工程领域水下爆炸气泡运动规律探索以及水中结构物的破坏机理研究提供参考。 |
| 作者： | 孙龙泉 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 宗智 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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