發(fā)布時(shí)間：2020-11-09 17:25

　　 在全球變暖的這一大背景下,極地的開(kāi)發(fā)(不論是資源,航運(yùn)還是軍事戰(zhàn)略等方面)成為可能,同時(shí)在我國(guó)高緯度高寒地區(qū)頻繁的發(fā)生冰凌現(xiàn)象,這類(lèi)災(zāi)害不僅危害到人民的財(cái)產(chǎn)安全甚至?xí)＜暗饺藗兊娜松戆踩�。冰下爆炸破冰方法作為一個(gè)能夠有效除去大塊冰蓋的破冰方法,其在河道疏通等開(kāi)河運(yùn)用,以及開(kāi)辟北極航道等運(yùn)用都具有很好作用效果,因此對(duì)于冰下爆炸破冰的研究有著重大的經(jīng)濟(jì),政治和社會(huì)與安全意義。對(duì)于這個(gè)領(lǐng)域的研究,目前主要采用實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值計(jì)算的方法進(jìn)行研究。數(shù)值方法研究成本低廉,安全性高,受到國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者青睞。然而廣泛應(yīng)用的數(shù)值模擬方法傳統(tǒng)有限元法在處理斷裂問(wèn)題時(shí)存在不足,在一定程度上限制了冰下爆炸破冰的研究。近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)方法是一種新興的無(wú)網(wǎng)格法,是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的一種重構(gòu),能夠很好的解決連續(xù)問(wèn)題,同時(shí)不同于傳統(tǒng)有限元法,近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的基本方程采用的是積分形式的,故它在求解斷裂問(wèn)題時(shí)和裂紋擴(kuò)展問(wèn)題時(shí)也具有很大的優(yōu)勢(shì)。本文基于近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)方法處理斷裂問(wèn)題的優(yōu)勢(shì),將其運(yùn)用于冰下爆炸破冰的研究中。研究的主要內(nèi)容如下:首先對(duì)近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論和數(shù)值計(jì)算方法展開(kāi)了詳細(xì)的闡述。并分別從靜態(tài)問(wèn)題和動(dòng)態(tài)問(wèn)題對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證,通過(guò)對(duì)各向同性二維板的拉伸變形,剛性球沖擊板板的變形,以及預(yù)置斜裂紋的裂紋擴(kuò)展采用近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的方法進(jìn)行模擬,將結(jié)果與解析解和有限元作對(duì)比來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。然后分析了冰材料的特性及其物理力學(xué)性質(zhì),根據(jù)冰材料具有韌脆轉(zhuǎn)化的特性,在受到高應(yīng)變率作用時(shí)表現(xiàn)為脆性,在低應(yīng)變率下表現(xiàn)出韌性。針對(duì)冰下爆炸破冰這類(lèi)高應(yīng)變率的問(wèn)題,得出近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)形式的冰材料的彈脆性的本構(gòu)模型,并建立了相關(guān)的近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)數(shù)值離散模型為冰下爆炸破冰的研究做準(zhǔn)備。對(duì)冰下爆炸過(guò)程進(jìn)行了闡述,分析過(guò)程中所涉及的載荷形式。并就目前國(guó)內(nèi)外對(duì)冰下爆炸破冰的研究存在的不足即大部分研究只考慮了冰下爆炸載荷沖擊波部分作用,而未考慮氣泡作用,提出了幾種氣泡加載的方式如球狀氣泡載荷和鏡像氣泡載荷。并將其與沖擊波聯(lián)合作用,從而使冰下爆炸載荷的研究更完整全面。將這類(lèi)載荷加載到近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)模型中進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,得到冰層的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和破壞效應(yīng)。通過(guò)將這些載荷模擬所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)作對(duì)比得出最佳的載荷方式,得到載荷輸出,也驗(yàn)證了方法在冰下爆炸破冰研究的適用性。最后從冰層厚度和爆炸距離這兩個(gè)因素對(duì)冰面破壞模式和規(guī)律進(jìn)行了探究和分析。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TV875
【部分圖文】：

圖ｉ．ｉ河道冰壩圖示??當(dāng)上游河段未結(jié)冰的河水流向下游發(fā)生河水凍結(jié)的河段時(shí)，下游凍結(jié)的河段很容易??造成冰凌災(zāi)害發(fā)生，且冰凌災(zāi)害發(fā)生的頻率很高且災(zāi)情嚴(yán)重。當(dāng)我國(guó)進(jìn)入改革開(kāi)放以后，??經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷加強(qiáng)，黃河流域附近的人口也不斷增加。但是冰凌情況仍然是每年都會(huì)發(fā)??生，由此造成黃河流域洪水決堤的事故，例如２００１年發(fā)生在內(nèi)蒙古磴口縣由凌汛造成的??決堤，嚴(yán)重地危害到人民的財(cái)產(chǎn)和生命安全［５］。因此，防御和治理凌汛災(zāi)害是有著重大??意義的，對(duì)其采取相應(yīng)的有效措施也是勢(shì)在必行的。現(xiàn)如今，對(duì)于防治冰凌災(zāi)害的有效??措施主要有：修建堤壩防凌，水庫(kù)防凌以及破冰防凌等。其中冰下爆炸破冰防凌是一種??最快捷效果最明顯的方法。故而，爆炸破冰的研究是非常有必要有意義的。圖１．２為??黃河防凌人工炸冰圖。??

誘導(dǎo)角度）對(duì)自由面發(fā)生作用。而不是以垂直的方向?qū)Ρ鶎邮┘幼饔眠@類(lèi)引爆方式會(huì)炸出面積比較大的自由水面，因?yàn)樗軌蚴贡óa(chǎn)生層破壞區(qū)域以外的地方。Ｎｉｋｏｌａｙｅｖ開(kāi)展了一些實(shí)驗(yàn)對(duì)這類(lèi)引爆方式過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出了一些使爆炸破冰效果最好的參數(shù)值，如最佳輔主藥包的０．２倍，主要包的最佳放置位置應(yīng)該為２．１米，主藥包與輔助時(shí)間最佳值為０．０２５秒，最佳誘導(dǎo)角度為４５度｜｜２１。但是Ｎｉｋｏｌａｙｅｖ開(kāi)很多不足之處，比如由于諸多原因，實(shí)驗(yàn)中未用到控制變量的方法使參數(shù)之間的影響關(guān)系。另外，上述所得的最佳參數(shù)是在一定實(shí)驗(yàn)環(huán)境適用于其它環(huán)境還有待考察。??３年和２０１６年Ｏｒｌｏｖ?Ｍ．Ｙｕ等人分別在俄羅斯的托姆斯克城附近和博實(shí)驗(yàn)基地對(duì)冰下爆炸破冰進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研宂，在冰厚為８０厘米和覆雪米的冰蓋處，采用３．２５千克的ＴＮＴ炸藥進(jìn)行了多組冰下爆炸實(shí)驗(yàn)，破口直徑大約為２００厘米和２０１６破口直徑大約為５７０厘米的實(shí)驗(yàn)數(shù)下圖所示：?????

圖１．４?２０１６年實(shí)驗(yàn)效果圖??盡管在冰下爆炸破冰的研究歷程當(dāng)中，做了很多冰下爆炸破冰試驗(yàn)，但真正開(kāi)始對(duì)??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 李振福;尤雪;王文雅;;中國(guó)北極航線多層戰(zhàn)略體系研究[J];中國(guó)軟科學(xué);2015年04期

2 孟聞遠(yuǎn);郭軍偉;郭潁奎;許冠超;李佳慶;;兩點(diǎn)爆炸沖擊波對(duì)冰的破壞效應(yīng)的仿真分析[J];華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年01期

3 胡祎樂(lè);余音;汪海;;基于近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論的層壓板損傷分析方法[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2013年04期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張阿漫;水下爆炸氣泡三維動(dòng)態(tài)特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

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1 孫璐妍;基于近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的金屬板穩(wěn)定性分析方法研究[D];上海交通大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2876745