針對(duì)雙層結(jié)構(gòu)在水中受到水下爆炸沖擊這一問(wèn)題,利用歐拉有限元數(shù)值模型對(duì)近場(chǎng)水下爆炸氣泡與雙層破口結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)理進(jìn)行了研究,分析了艙室涌流及流場(chǎng)演化等規(guī)律。首先,通過(guò)放電實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明,數(shù)值結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好;然后,總結(jié)了不同破口尺寸、不同起爆位置和不同殼間水位條件下的耦合作用規(guī)律。在內(nèi)部空氣、流體慣性以及破口的聯(lián)合作用下,氣泡演化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)氣泡分割現(xiàn)象。當(dāng)內(nèi)層破口尺寸系數(shù)小于0.5時(shí),內(nèi)艙室內(nèi)會(huì)出現(xiàn)二次涌流現(xiàn)象,且涌流形態(tài)較細(xì)長(zhǎng);炸藥起爆位置系數(shù)小于0.1時(shí),自由液面處會(huì)出現(xiàn)破碎和重閉合現(xiàn)象;殼內(nèi)水位對(duì)艙室涌流量的影響作用較為復(fù)雜,當(dāng)水位滿艙時(shí),急速涌流會(huì)減少船艇的應(yīng)急時(shí)間。 

【文章來(lái)源】：爆炸與沖擊. 2020,40(11)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

歐拉有限元方法示意圖

實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置圖在數(shù)值模擬中，計(jì)算模型與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭衅瓶诔叽纭搴竦然緟?shù)一致。另外，計(jì)算域尺寸為0.15 m×0.05 m，最小網(wǎng)格尺寸為2.5×10-4 m，計(jì)算域邊界為數(shù)值的無(wú)反射邊界[27]。由圖4可知，數(shù)值模擬中的氣泡膨脹、收縮和射流等氣泡形態(tài)和水冢現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象基本一致。其中，由氣泡能量傳遞所形成的自由面處水冢并誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的涌流現(xiàn)象被有效地模擬，其多峰效應(yīng)也被很好地展示。另外，如圖4(d)所示，本文的數(shù)值模擬方法能較好地模擬氣泡運(yùn)動(dòng)后期的撕裂破碎和破口附近復(fù)雜的自由液面演化等過(guò)程。由圖4可知，量化的涌流高度及氣泡形態(tài)典型參數(shù)基本一致。綜上所述，本文的數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，整個(gè)氣泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程都被很好地模擬出來(lái)，從而驗(yàn)證了算法的有效性和準(zhǔn)確性。下文中將討論近場(chǎng)水下爆炸氣泡與雙層破口結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)理。

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