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水下结构物在水下冲击波载荷作用下的动态响应数值研究

张艺凡  
【摘要】: 水下爆炸是一个非常复杂的能量转换过程。由于水和空气物理性质的不同,使得水下爆炸的物理现象和载荷作用方式与空气中的爆炸有很多不同之处。对水下爆炸问题的研究其不仅涉及爆炸的物理现象和载荷作用方式,还涉及到结构响应及复杂的流固耦合问题,通过详细的理论研究和建立精确数学模型得到水下爆炸问题的解析解是非常困难的,而数值模拟计算方法需要试验数据进行比对验证。 本文首先研究了水下爆炸冲击波载荷的加载方式和传播方式,确定了背空板在水下爆炸冲击载荷作用下的动态响应。利用ABAQUS软件,建立背空板在水下爆炸冲击载荷作用下的数值计算模型。通过与试验值对比发现数值模拟计算结果与试验结果基本一致,从而验证了数值计算方法的准确性。在此基础上对影响数值计算精度的部分参数进行敏感性分析,为大规模数值模型的仿真计算提供了参考。 其次,在数值模拟计算的精度得到验证后,对某水下实际结构进行水下爆炸冲击响应计算,得到不同时刻的水域压力和结构应力变化;并对沿结构长度和高度方向上不同测点的响应进行分析,获得了结构整体的动态响应。 通过分析水下爆炸引起的空化效应,结果表明:空化区域的溃灭会对水下结构物产生二次加载作用,且二次加载对水下结构响应产生较大影响,在进行水下爆炸数值仿真计算时空化效应不可忽略。 最后,介绍了水下爆炸试验评估方法,基于此方法建立的“水下爆炸评估系统”可以对数值模拟计算的结果进行评估,确定舰艇的抗冲击和毁伤等级。


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