隨著水下制導技術的發(fā)展,艦船受到水下武器近場甚至接觸爆炸作用的幾率越來越高,這種近場水下爆炸產(chǎn)生的高壓沖擊波、氣泡脈動和射流以及高速破片均會對艦船結構產(chǎn)生嚴重的毀傷。該物理過程涉及到氣液固等多種介質(zhì)的強非線性耦合作用,同時還伴隨著結構的彈塑性損傷與動態(tài)斷裂。針對傳統(tǒng)有網(wǎng)格方法在該問題的數(shù)值計算中所面臨的挑戰(zhàn),本文依據(jù)無網(wǎng)格SPH方法以及改進的重構核粒子法（Reproducing Kernel Particle Method,RKPM）,建立了流固耦合沖擊作用下的結構毀傷計算模型,完全自主開發(fā)計算程序,旨在實現(xiàn)水下近場爆炸作用下結構毀傷的預報,為艦船抗水下爆炸防護設計提供基礎性技術支撐。本文首先闡述了 SPH流體載荷計算模型,并針對SPH方法中的邊界實施的新型數(shù)值技術進行了重點論述,在此基礎上通過一系列數(shù)值算例對SPH流體計算模型的正確性和有效性進行了驗證。核函數(shù)精度不足是SPH方法的一大缺陷,針對該問題,基于重構條件對傳統(tǒng)SPH核函數(shù)進行修正,得到了二維的重構核函數(shù)。并依據(jù)Mindin-Reissner殼理論,建立了三維殼結構的退化實體表述。采用重構核函數(shù)對殼體運動量進行離散,在此基礎... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：195 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２水下爆炸氣泡和平板的相互作用（圖片來??互聯(lián)網(wǎng)）

格畸變的問題，同時又要能簡潔地處理多相界面。無網(wǎng)格ＳＰＨ方法基于拉格朗日表??述，其物理場離散不依賴于網(wǎng)格非常適合處理大變形問題，同時能自動追蹤多相界面如??圖１．３和１．４的對比所示，這些特點使ＳＰＨ方法在水下爆炸領域極具優(yōu)勢。ＳＰＨ方法最早??由Ｇｉｎｇｏｌｄ和Ｍｏｎａｇｈａｎ１１３１以及Ｌｕｃｙ１１４１提出并應用于天體物理問題的數(shù)值模擬當中。此??后Ｍｏｎａｇｈａｎ對ＳＰＨ方法進行更深入的研宄和拓展，現(xiàn)在ＳＰＨ方法已被廣泛應用于自??由表面流｜１５＿１６１、水下爆炸１１７＿１８１以及沖擊碰撞１１９１等多種問題的求解當中。??ｔｓ〇８?ｔａＯ．１８?ｌｓ〇－２Ｓ??ｍｍｍ『轉??ｌｓ０．４￥?ＩｓＯ．ｆｉＳ?ｔａ０．８？??喊?????鑾ｆ?－?３．８?ｔ?－?１．８?ｔ?－?２１??圖１．３?ＳＰＨ計算的簡化封閉式油水分離器中的泡圖１．４?Ｌｅｖｅｌ－ｓｅｔ計算得到的上浮氣泡與自由表??狀流（圖片來自文獻１２Ｇ１）?面相互作用（圖片來自文獻１２１１）??Ｆｉｇ?１．３?Ｂｕｂｂｌｙ?ｆｌｏｗ?ｉｎ?ａ?ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｃｌｏｓｅｄ?ｏｉｌ－ｗａｔｅｒ?Ｆｉｇ?１．４?Ｂｕｂｂｌｅ?ａｎｄ?ｆｒｅｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ??ｓｅｐａｒａｔｏｒ?ｂｙ?ＳＰＨ?（Ｆｒｏｍ?Ｇｒｅｎｉｅｒ?ｅｔ?ａｌ．ｆ２０１）?ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?ｂｙ?Ｌｅｖｅｌ－ｓｅｔ?（Ｆｒｏｍ?Ｙａｎｇ?＆?Ｓｔｅｒｎ［２１�。�??當然ＳＰＨ方法也存在一些缺點，其中最主要的是ＳＰＨ核函數(shù)不滿足歸一性，導致??其計算精度較低

Ｆｉｇ?１．５?Ｄａｍａｇｅ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｓｈｉｐ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｂｙ?ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ?ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ?（Ｆｒｏｍ?Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）??在近場水下爆炸載荷作用下，艦船結構通常會發(fā)生較大的塑性變形甚至損傷斷裂，??如圖１．５所示，（ａ）中船體結構在爆炸載荷作用下產(chǎn)生了塑性凹陷；（ｂ）中船體被水雷攻擊??后外板斷裂產(chǎn)生了較大破口；（ｃ）中軍艦受魚雷攻擊后從船舯折斷沉沒。近年來在工程應??用各個領域例如船舶制造、航空航天以及汽車等等，由于不斷尋求結構的重量減輕以及??優(yōu)化設計，對延性材料屈服斷裂進行準確預測變得越來越重要，例如對圖１．５（ｂ）（ｃ）中船??體斷裂后的破口大小準確預測對艦船結構防護設計以及損管極為重要。隨著數(shù)值技術的??發(fā)展，其己經(jīng)具備了對材料應力狀態(tài)、損傷模式、裂紋擴展路徑和相應的承載能力進行??預測的能力，同時對于一些非常復雜的情況（例如水下爆炸結構毀傷、飛機機身及核容??器的裂紋等），數(shù)值模擬的應用大大節(jié)省了研究成本。從圖１．５中可看出，水下爆炸載荷??對結構的毀傷就是船體產(chǎn)生塑性變形并進一步發(fā)生損傷并斷裂的過程，殼體彈塑性損傷??模型以及裂紋拓展模型的建立對于數(shù)值模擬的實現(xiàn)至關重要。??殼結構的數(shù)值計算模型的建立主要有兩種途徑，一種是直接采用三維連續(xù)體％５８］途??徑

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]基于罰函數(shù)SPH新方法的水模擬充型過程的數(shù)值分析[J]. 強洪夫,韓亞偉,王坤鵬,高巍然.  工程力學. 2011(01)
[5]水面艦艇舷側防雷艙結構模型抗爆試驗研究[J]. 朱錫,張振華,劉潤泉,朱云翔.  爆炸與沖擊. 2004(02)

博士論文
[1]水下近場爆炸對艦船結構瞬態(tài)流固耦合毀傷特性研究[D]. 明付仁.哈爾濱工程大學 2014



本文編號：2912342