水下爆炸气泡动过程的数值模拟研究

论文摘要

本文在理论分析的基础上,对炸药水下爆炸气泡脉动进行了数值模拟研究,模拟了水下爆炸冲击波的传播及气泡脉动过程。应用AUTODYN有限元程序建立一维计算模型,对1 kg球形TNT装药水下10米爆炸气泡脉动进行了数值模拟,冲击波峰值压力、气泡第一次脉动周期的数值模拟值均与经验公式符合的比较好。应用AUTODYN有限元程序建立二维轴对称计算模型,对12 g球形TNT装药水下10米爆炸气泡脉动进行了数值模拟,冲击波峰值压力、气泡第一次脉动周期均经验公式符合的比较好,并分析了气泡脉动过程中水射流的形成过程;结合水下爆炸高速摄影实验,对1.5 g、3.0 g、4.5 g圆柱形PENT炸药水下爆炸气泡脉动过程进行了数值模拟研究,探讨了网格划分、边界条件对气泡脉动周期、气泡膨胀半径的影响,气泡膨胀速度与装药量、装药深度之间的关系,并分析了气泡脉动过程中水射流的形成过程,以及随装药深度、装药量增加射流速度的变化趋势;对1.45 g球形TNT炸药近水面水下爆炸气泡脉动过程、水下结构物附近水下爆炸气泡脉动过程进行了数值模拟研究,探讨了自由面、水下结构物等对气泡脉动周期、气泡膨胀半径以及气泡形状的影响,验证了相关经验公式的适用范围,并分析了气泡脉动过程中水射流的形成过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 水下爆炸研究领域发展的历史和现状
• 1.2.1 水下爆炸理论分析的发展现状
• 1.2.2 水下爆炸试验研究的发展现状
• 1.2.3 水下爆炸数值模拟研究的发展现状
• 1.3 水下爆炸气泡脉动过程的数值模拟研究存在的主要问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 水下爆炸基本理论
• 2.1 水下爆炸冲击波的产生和传播
• 2.1.1 水下爆炸冲击波相关的经验公式
• 2.1.2 有限水域冲击波传播
• 2.2 水下爆炸气泡脉动
• 2.2.1 水下爆炸的气泡脉动过程分析
• 2.2.2 水下爆炸的气泡脉动参数的相关经验公式
• 2.2.3 边界积分方法
• 第三章 水下爆炸数值模拟软件
• 3.1 AUTODYN 有限元程序
• 3.1.1 AUTODYN 程序简介
• 3.1.2 AUTODYN 的数值分析方法
• 3.1.3 AUTODYN 在水下爆炸数值模拟中的应用
• 第四章 水下爆炸气泡脉动数值模拟研究
• 4.1 网格划分、边界条件对水下爆炸数值模拟的影响
• 4.1.1 网格划分对计算结果的影响
• 4.1.1.1 网格尺寸对冲击波数值模拟结果的影响
• 4.1.1.2 网格尺寸对气泡脉动的影响
• 4.1.2 边界条件对数值模拟结果的影响
• 4.1.3 小结
• 4.2 无限水域水下爆炸气泡脉动数值模拟研究
• 4.2.1 水下爆炸气泡脉动的实验介绍
• 4.2.2 计算模型
• 4.2.3 实验结果与数值模拟结果分析
• 4.2.4 小结
• 4.3 近自由面水下爆炸气泡脉动的数值模拟研究
• 4.3.1 近自由面水下爆炸气泡脉动的二维数值计算
• 4.3.2 数值模拟结果分析
• 4.4 刚性边界附近水下爆炸气泡脉动的数值模拟研究
• 4.4.1 竖直方向的固壁对气泡脉动影响的数值模拟
• 4.4.2 数值模拟结果分析
• 4.4.3 小结
• 结束语
• 5.1 主要的研究成果
• 5.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果