柱形裝藥氣泡動態(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，在近場水下爆炸問題中，球形裝藥假設(shè)不再適用，裝藥形狀和起爆時狀態(tài)是需要考慮的兩個影響因素。其次，水下爆炸是艦船生命力的重要威脅，其載荷來源主要是沖擊波和氣泡的運動，其中沖擊波及其破壞機理是以往的研究中人們關(guān)注較多的方面，而氣泡運動產(chǎn)生的載荷直到近年來才逐漸引起人們的重視。氣泡運動所產(chǎn)生的載荷包括：氣泡脈沖載荷、氣泡脈動產(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，對艦船造成總體破壞，危及艦船的總縱強度，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展得較少，特別是缺乏對氣泡現(xiàn)象、射流、載荷性質(zhì)與結(jié)構(gòu)破壞響應(yīng)全過程的機理認識。
　　 為此，論文以柱形裝藥水下爆炸氣泡為研究對象，以艦船安全性為研究目標，采用實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，主要研究氣泡的動態(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，論文的主要研究工作有：
　　 (1)從實驗、理

3、論和數(shù)值模擬三個方面綜述了艦船非接觸水下爆炸的研究和發(fā)展狀況。對氣泡動力學研究的方法、內(nèi)容和進展進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)對比分析了球?qū)ΨQ氣泡模型和廣義氣泡動力模型的特點和局限性。分析表明，初始參數(shù)的確定方法制約了廣義氣泡動力學模型在非球形裝藥和不同起爆狀態(tài)情況下的應(yīng)用；
　　 (3)建立了實驗室尺度的水下爆炸實驗方法

4、，包括實驗裝置的設(shè)計、氣泡產(chǎn)生源的選取、測試技術(shù)以及影響因素的分析。建立了實驗數(shù)據(jù)處理方法，并論證了論文所采用實驗方法的可行性；
　　 (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力學模型，該模型能夠模擬從炸藥爆轟到氣泡在水中發(fā)展運動的跨時間尺度問題，并計及了裝藥的形狀和起爆時狀態(tài)等因素。通過實驗驗證了數(shù)值模型的有效性和適用性；
　　 (5)應(yīng)用實驗和數(shù)值模擬方法獲得了柱形裝藥水下爆炸氣泡在

5、自由場中整體和局部運動特性的基本現(xiàn)象和規(guī)律，并對氣泡坍塌形成射流的過程進行了分析，發(fā)現(xiàn)氣泡運動形成射流的過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程與初始氣泡表面局部曲率半徑有關(guān)的坍塌機制；
　　 (6)采用非球形水下爆炸氣泡動力學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，起爆時狀態(tài)主要對射流的形狀、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)建立了計算模型，對水下爆炸氣泡射流沖擊船體典型板架結(jié)構(gòu)的變形和破壞問題進行了計算分析，研究結(jié)果表明射流沖擊載荷對船體典型結(jié)構(gòu)造成嚴重的局部破壞。射流沖擊船體板架結(jié)構(gòu)時，主要存在兩種破壞模式：射