论文摘要
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。
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摘要Abstract1 绪论1.1 水下爆炸概述1.1.1 水下爆炸基本过程1.1.2 气泡的形成与脉动1.2 水下爆炸的研究意义1.2.1 水下爆炸的破坏性1.2.2 水下爆炸的研究意义1.2.3 气泡的研究意义1.2.4 气泡作用下结构响应的研究意义1.3 研究的方法与进展1.3.1 气泡动力学研究方法与进展1.3.2 气泡作用下结构响应研究方法与进展1.3.3 研究综述小结1.4 本文的主要工作2 气泡运动数值模拟的理论基础与计算方法2.1 气泡数值计算的理论基础2.1.1 基本假定2.1.2 状态方程2.1.3 边界条件2.1.4 无量纲化2.1.5 初始参数2.1.6 积分方法2.2 气泡的数值计算方法2.2.1 三维气泡边界的单元划分与表达2.2.2 离散气泡边界的积分计算2.2.3 气泡数值模型稳定的关键技术2.3 环形气泡的数值模拟2.3.1 射流冲击位置和时间的确定2.3.2 环形气泡数值模型的三维切割技术2.3.3 涡环的设置3 气泡运动的数值计算与实验对比3.1 重力场中气泡运动的模拟与实验对比3.2 近壁面气泡的运动模拟与实验对比3.3 移动固体边界空化现象的验证与分析3.3.1 移动边界下气泡的运动状态模拟3.3.2 固体边界产生局布空化气泡的分析3.4 本章小结4 气泡运动规律的数值研究4.1 药量对水下气泡的影响4.1.1 药量对气泡运动周期的影响4.1.2 药量对气泡射流的影响4.2 水深对水下气泡的影响4.2.1 水深对气泡运动周期的影响4.2.2 水深对气泡射流的影响4.3 本章小结5 气泡附近结构物边界的数值模拟5.1 ANSYS结构建模的过程5.1.1 APDL参数化语言介绍5.1.2 ANSYS参数化建模的过程及示例5.2 结构边界的建立5.2.1 ANSYS有限元模型的提取以及单元拆分5.2.2 气泡计算中结构边界的建立5.3 本章小结6 气泡附近椭球体载荷特性研究6.1 气泡作用下椭球体载荷的数值求解方法6.2 椭球体载荷的计算算例6.3 气泡作用下椭球体载荷特点的数值研究6.3.1 药量对载荷的影响6.3.2 水深对载荷的影响6.3.3 气泡到结构的距离对载荷的影响6.4 本章小结7 气泡载荷作用下椭球体结构响应的计算7.1 结构动力学分析基础7.2 附连水质量的确定7.2.1 一般概念7.2.2 垂向振动的附连水质量7.2.3 椭球体附连水质量的计算与施加7.3 阻尼的确定7.3.1 阻尼矩阵的确定7.3.2 模态分析7.4 载荷施加方法7.5 椭球体结构响应计算7.5.1 基本参数7.5.2 阻尼系数计算7.5.3 节点位移7.5.4 节点应力7.6 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表学术论文情况致谢
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标签：水下爆炸论文; 气泡脉动论文; 结构边界论文; 气泡载荷论文; 结构响应论文;
