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水下爆炸气泡动过程的数值模拟研究

作　者: 逄春京
导　师: 张震宇
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 力学
关键词: 水下爆炸冲击波气泡脉动装药深度边界条件数值模拟
分类号: O382.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 338次
引　用: 4次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-17
  1.1 本课题研究的目的和意义  11-12
  1.2 水下爆炸研究领域发展的历史和现状  12-15
    1.2.1 水下爆炸理论分析的发展现状  13
    1.2.2 水下爆炸试验研究的发展现状  13-14
    1.2.3 水下爆炸数值模拟研究的发展现状  14-15
  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  15-16
  1.4 本文研究的主要内容  16-17
第二章水下爆炸基本理论  17-29
  2.1 水下爆炸冲击波的产生和传播  17-24
    2.1.1 水下爆炸冲击波相关的经验公式  17-19
    2.1.2 有限水域冲击波传播  19-24
  2.2 水下爆炸气泡脉动  24-29
    2.2.1 水下爆炸的气泡脉动过程分析  24-25
    2.2.2 水下爆炸的气泡脉动参数的相关经验公式  25-26
    2.2.3 边界积分方法  26-29
第三章水下爆炸数值模拟软件  29-38
  3.1 AUTODYN 有限元程序  29-38
    3.1.1 AUTODYN 程序简介  29-30
    3.1.2 AUTODYN 的数值分析方法  30-33
    3.1.3 AUTODYN 在水下爆炸数值模拟中的应用  33-38
第四章水下爆炸气泡脉动数值模拟研究  38-70
  4.1 网格划分、边界条件对水下爆炸数值模拟的影响  38-44
    4.1.1 网格划分对计算结果的影响  38-41
      4.1.1.1 网格尺寸对冲击波数值模拟结果的影响  39-40
      4.1.1.2 网格尺寸对气泡脉动的影响  40-41
    4.1.2 边界条件对数值模拟结果的影响  41-44
    4.1.3 小结  44
  4.2 无限水域水下爆炸气泡脉动数值模拟研究  44-56
    4.2.1 水下爆炸气泡脉动的实验介绍  44-46
    4.2.2 计算模型  46-47
    4.2.3 实验结果与数值模拟结果分析  47-56
    4.2.4 小结  56
  4.3 近自由面水下爆炸气泡脉动的数值模拟研究  56-62
    4.3.1 近自由面水下爆炸气泡脉动的二维数值计算  57
    4.3.2 数值模拟结果分析  57-62
  4.4 刚性边界附近水下爆炸气泡脉动的数值模拟研究  62-70
    4.4.1 竖直方向的固壁对气泡脉动影响的数值模拟  62-63
    4.4.2 数值模拟结果分析  63-69
    4.4.3 小结  69-70
结束语  70-72
  5.1 主要的研究成果  70
  5.2 下一步工作展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
作者在学期间取得的学术成果  76

水下爆炸气泡动过程的数值模拟研究

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