水下爆炸气泡影响船体损伤的数值模拟研究

"水下爆炸近距气泡作用下船体箱型梁损伤特性数值模拟方法研究 (2010年)" 这篇论文详细探讨了在水下爆炸近距气泡作用下，船体结构，特别是箱型梁的损伤特性的数值模拟方法。作者袁建红、朱锡和张振华来自海军工程大学船舶与动力学院，他们运用MSC-DYTRAN这一非线性瞬态有限元分析软件来建立仿真模型。在欧拉水域模型中，他们考虑了静态水压力场的影响，并采用了开放式流场边界技术来处理流场边界问题。此外，他们还应用了自适应网格技术来处理多材料多欧拉域，并通过引入修正的冲击波压力场来更准确地模拟冲击波作用阶段。 在具体研究过程中，研究人员针对冲击因子为0.236的典型实验条件进行了数值模拟。他们深入分析了箱型梁在近距气泡作用下的破坏机制，包括船体结构与气泡的相互作用规律、船体结构的破坏模式以及典型部位的应变时程曲线。通过与实验结果的对比，他们发现数值计算的结果与实验数据的误差控制在250微米以内，表明所采用的方法具有较高的精度和可靠性。 水下爆炸对船体结构的载荷主要分为冲击波和气泡脉动两个阶段。冲击波具有快速、高强度的特点，而气泡脉动虽然峰值压力较小，但持续时间长且具有周期性。气泡脉动的周期性载荷可能导致船体结构共振，尤其是在船体总纵强度不足的情况下，可能引发严重的结构破坏。因此，对气泡脉动载荷下船体结构的响应进行数值模拟研究具有重要的实际意义。 虽然已有不少研究关注于冲击波载荷下船体结构的响应，但对于气泡脉动载荷的研究相对较少。一些早期的工作，如M.Arami的试验和李玉节等人的研究，都集中在用不同方法分析水下爆炸对船体结构的影响，但这些方法并未充分考虑气泡脉动的复杂性。 这篇论文的贡献在于提供了一种有效的方法，通过数值手段研究爆炸气泡对整个船体结构的毁伤特性，这为未来的设计和安全评估提供了有力的工具。该研究不仅深化了我们对水下爆炸影响船体结构方式的理解，也为防护设计和事故响应策略的制定提供了理论支持。