艦船水下近場爆炸或接觸爆炸對結(jié)構(gòu)的毀傷往往是致命的,嚴(yán)重威脅艦船的生命力,故研究水下近場或接觸爆炸載荷特性及其對船體結(jié)構(gòu)的毀傷機(jī)理意義重大。不同于中遠(yuǎn)場水下爆炸,近場或接觸爆炸載荷主要包括沖擊波、非對稱氣泡脈動、高速破片、爆轟氣水混合物噴濺、氣泡射流等,這些載荷本身往往具有高溫、高壓、高速瞬態(tài)強(qiáng)沖擊等特點(diǎn),作用過程經(jīng)常伴有大變形、撕裂、砰擊以及飛濺等現(xiàn)象,對近場結(jié)構(gòu)的毀傷往往呈高度的非線性,不可修復(fù)。本研究瞄準(zhǔn)了近場或接觸爆炸不同類型的載荷,通過改進(jìn)無網(wǎng)格光滑粒子流體動力學(xué)方法（SPH）的流固耦合數(shù)值模型及其與網(wǎng)格算法耦合的數(shù)值模型,如有限元法（FEM）和邊界元法（BEM）,同時結(jié)合既有的實(shí)驗(yàn)和解析理論結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)對近場或接觸爆炸不同載荷特性的認(rèn)識,以及不同載荷對結(jié)構(gòu)的毀傷特性和機(jī)理性問題的探索。本文首先根據(jù)檢索結(jié)果將近年來水下爆炸研究領(lǐng)域國內(nèi)外具有代表性的研究工作進(jìn)行了簡要回顧,然后重點(diǎn)針對水下近場爆炸的沖擊波和氣泡脈動載荷、高速破片載荷、水氣混合射流載荷等方面的研究現(xiàn)狀,確定了現(xiàn)階段研究的盲點(diǎn)與不足:近場沖擊波載荷認(rèn)識不清、缺少數(shù)據(jù)支撐,高速破片載荷的毀傷及防護(hù)缺少系統(tǒng)性的設(shè)... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：248 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１水下爆炸的主要載荷分類??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ?ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ?ｌｏａｄｓ??當(dāng)今世界，越來越多的軍事強(qiáng)國將目光轉(zhuǎn)向了深邃的藍(lán)，

因此許多西方軍事強(qiáng)國不僅通過使用高強(qiáng)度材料對現(xiàn)役航母、大中型水面艦船??及潛艇進(jìn)行加固處理，同時還通過設(shè)計典型防護(hù)結(jié)構(gòu)等諸多措施來提高艦船的抗爆、抗??沖擊和抗沉能力，如圖１．３所示。??Ａ?ｊ￣??－｜?Ｉｎｎｅｒ?Ｐｌａｔｅ?ｏｆ?Ｏｕｔｅｒ?Ｐｌａｔｅ?ｏｆ??Ｌ?Ｌｉｑｕｉｄ?Ｃａｂｉｎ?＾?Ｌｉｑｕｉｄ?Ｃａｂｉｎ???????Ｖ?ａｃａｎｔ?＊＾＾ｉｑｕｉｄ?＾Ｖａｃａｎｔ??一一－Ｃａｂｉｎ?Ｃａｂｉｎ?Ｃａｂｉｎ??，?、、?？、、、??／?、、ｓｈｏｃｋ?ｗａｖｅｓ?Ｄｅｆｅｎｓｉｖｅ??＼?｛［?〇?ｒ；；?一懷＃??＇、、、／?／?；?／＾＾ｒｉｏｃｌｗａｖｅｓ??＼?＼?＼?Ｂｕｂｂｌｅ?＾?，?，?ｊＣ??＼?、?、？＿一，?／?，?、?＼?Ｂｒｏａｄｓｉｄｅ?Ｐｌａｔｅ??、、?、?’?，，?＼?Ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ??（ａ）非接觸爆炸的總體破壞?（ｂ）接觸爆炸的局部破壞??（ａ）?ｔｈｅ?ｔｏｔａｌ?ｄａｍａｇｅ?ｏｆ?ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ?（ｂ）?ｔｈｅ?ｌｏｃａｌ?ｄａｍａｇｅ?ｏｆ?ｃｏｎｔａｃｔ??ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ?ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ??圖１．２水下爆炸對艦船結(jié)構(gòu)的破壞??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｄａｍａｇｅ?ｃａｕｓｅｄ?ｂｙ?ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ?ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ??為了滿足新武器時代的需求，近年來國內(nèi)外眾多學(xué)者已經(jīng)研究目標(biāo)投向了近場水下??爆炸問題。但是，由于艦船水下近場爆炸過程涉及炸藥爆轟、爆轟氣水混合物膨脹飛濺、??波在多層異相介質(zhì)中入射、反射和透射、結(jié)構(gòu)大變形甚至撕裂破碎等等

艦船的破損情況進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計，總結(jié)出的接觸爆炸破口大小的經(jīng)驗(yàn)公式至今仍有很大??的參考價值。自９０年代開始以美國為首的海軍強(qiáng)國進(jìn)行了系列的艦船水下爆炸研究，??其中包括了接觸爆炸實(shí)驗(yàn)，如圖１．４所示。美國于２００５年用魚雷等武器對一艘退役航空??母艦實(shí)彈攻擊，得到了珍貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；美國海軍和澳大利亞海軍（２００８）進(jìn)行了海上??魚雷實(shí)彈打靶實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了艦船龍骨下方接觸爆炸對艦船總體結(jié)構(gòu)（主要是總縱強(qiáng)度）??產(chǎn)生嚴(yán)重毀傷，在一定條件下可使艦船從中部折斷。但是，由于艦船水下爆炸實(shí)驗(yàn)研究??多涉及軍事秘密，公開發(fā)表的文獻(xiàn)十分罕見，具體研究內(nèi)容及成果＋得而知。??ｔ．娜??圖１．４艦船遭受接觸爆炸破壞（圖片來ｔ］互聯(lián)網(wǎng)）??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｄａｍａｇｅ?ｃａｎｓｅｄ?ｂｙ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ?（Ｆｒｏｍ?Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）??國外許多學(xué)者針對簡單規(guī)則結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)研究。南非科學(xué)家Ｎｕｒｉｃｋ和其??合作者自９０年代以來針對爆炸載荷作用下簡單規(guī)則結(jié)構(gòu)響應(yīng)開展了許多機(jī)理性實(shí)驗(yàn)，??得到了方板和圓板在不同沖擊因子作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特征。Ｎｕｒｉｃｋ和Ｓｈａｖｅ?（１９９１）?［１７１??６??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Three-dimensional numerical simulation of crown spike due to coupling effect between bubbles and free surface[J]. 韓蕊,張阿漫,李帥.  Chinese Physics B. 2014(03)
[2]爆炸破片對防護(hù)液艙的穿透效應(yīng)[J]. 孔祥韶,吳衛(wèi)國,李俊,李曉彬,徐雙喜.  爆炸與沖擊. 2013(05)
[3]可壓縮性水柱沖擊彈性平板的砰擊問題研究(英文)[J]. 孫士麗,胡健,胡競中.  船舶力學(xué). 2013(09)
[4]彈性殼結(jié)構(gòu)靜力與動力分析的光滑粒子法[J]. 明付仁,張阿漫,姚熊亮.  物理學(xué)報. 2013(11)
[5]起爆點(diǎn)位置對戰(zhàn)斗部爆炸破片特性的影響[J]. 孔祥韶,吳衛(wèi)國,杜志鵬,李俊,李曉彬.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2013(07)
[6]A robust shell element in meshfree SPH method[J]. Fu-Ren Ming,A-Man Zhang,Xue-Yan Cao.  Acta Mechanica Sinica. 2013(02)
[7]沉底裝藥水中爆炸現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 楊莉,汪玉,汪斌,黃超.  爆炸與沖擊. 2013(02)
[8]可壓縮流體射流沖擊平板的壓力特性研究[J]. 孫龍泉,張忠宇,丁建軍,李剛,孫士麗.  振動與沖擊. 2013(03)
[9]光滑粒子流體動力學(xué)方法固壁處理的一種新型排斥力模型[J]. 韓亞偉,強(qiáng)洪夫,趙玖玲,高巍然.  物理學(xué)報. 2013(04)
[10]SPH-FEM耦合算法在爆炸螺栓解鎖分離過程中的應(yīng)用[J]. 初文華,張阿漫,明付仁,楊文山.  振動與沖擊. 2012(23)

博士論文
[1]爆炸載荷及復(fù)合多層防護(hù)結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性研究[D]. 孔祥韶.武漢理工大學(xué) 2013
[2]水下爆炸沖擊問題的物質(zhì)點(diǎn)法研究[D]. 楊文淼.哈爾濱工程大學(xué) 2013
[3]水下接觸爆炸艦船局部毀傷及防護(hù)機(jī)理[D]. 楊文山.哈爾濱工程大學(xué) 2011
[4]水中結(jié)構(gòu)物附近爆炸氣泡運(yùn)動特性研究[D]. 王詩平.哈爾濱工程大學(xué) 2011
[5]基于光滑質(zhì)點(diǎn)水動力學(xué)（SPH）方法的自由表面流動數(shù)值模擬研究[D]. 龔凱.上海交通大學(xué) 2009
[6]水下爆炸氣泡三維動態(tài)特性研究[D]. 張阿漫.哈爾濱工程大學(xué) 2007
[7]海底聲參數(shù)反演研究與應(yīng)用[D]. 郭永剛.中國海洋大學(xué) 2004
[8]艦船非接觸水下爆炸動力學(xué)的理論與應(yīng)用[D]. 劉建湖.中國船舶科學(xué)研究中心 2002



本文編號：3075025