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水下爆炸作用下结构响应数值分析

徐永刚  
【摘要】: 水下爆炸对舰船等结构物构成严重的威胁。水下爆炸过程非常复杂,因此理论分析的难度大。实船实验研究可以得到许多有用的信息,但实船实验需要耗费大量的资源。随着计算机的快速发展,数值方法被越来越广泛地应用到对水下爆炸现象的分析上。以往的工作主要集中在冲击波的破坏机理方面,近些年的实验及分析表面,气泡脉动可能对结构的整体破坏起到更主要的作用。围绕这一问题,本文做了主要进行了以下工作: (1)从理论、实验、数值方法等方面回顾了国内外关于结构在水下爆炸作用下的响应方面的研究进展,掌握最新发展动态,掌握建模和数值模拟的方法的关键技术,为本文的后续工作提供基础。 (2)通过与理论结果及文献结果进行对比,验证了数值模拟结构在水下爆炸作用下响应的有效性和准确性。借助Geers-Hunter模型计算了水下爆炸载荷,分析了冲击波压力峰值随炸药质量和爆距的变化,水下爆炸气泡最大半径和气泡脉动周期随炸药质量和炸药埋深的变化规律。 (3)数值模拟和分析了水下圆柱壳在冲击波单独作用、冲击波和气泡共同作用、不同壳厚、圆柱壳不同长度、不同炸药埋深、不同爆炸位置等工况下的响应情况;计算和研究了水面箱型船及拖船在不同工况下的响应,总结出了一些有价值的规律。 本论文的研究工作旨在探索结构在水下爆炸作用下的响应规律和破坏机理,为工程领域内舰船抗冲击设计提供参考。


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