近自由面水下爆炸气泡与结构相互作用的数值模拟分析

"近自由面水下爆炸气泡与结构相互作用数值计算研究 (2015年)。本文探讨了水下爆炸时近自由面气泡的复杂运动特性，利用体积加速度模型来确定气泡初始状态，并通过自定义子程序设定流场和边界条件。基于MSC.DYTRAN软件进行流-固耦合分析，模拟气泡与结构的相互作用过程，并通过实验数据对比验证模型的准确性。文章进一步研究了距离、结构角度等因素对气泡运动、射流特性的影响，为相关工程提供参考。关键词包括水下爆炸、气泡脉动、近自由面、近刚性结构、流固耦合。" 本文主要涉及以下几个关键知识点： 1. **水下爆炸气泡动力学**：在近自由面的水下爆炸中，气泡的形成和发展受到爆炸能量、水介质和自由表面的影响。气泡的初始半径和速度可以通过体积加速度模型来计算，这是理解其运动特性的基础。 2. **流场与边界条件**：为了准确模拟气泡运动，需要定义流场的初始条件和边界条件。作者通过自行开发的子程序实现了这一目标，这确保了模拟的精确性和适应性。 3. **流-固耦合分析**：利用MSC.DYTRAN有限元软件，可以对气泡与结构的相互作用进行三维数值模拟。这种流体动力学与固体结构的耦合分析能全面揭示爆炸过程中的力学效应。 4. **模型验证**：通过与实验数据的比较，验证了所建立的有限元模型和子程序的有效性，确保了计算结果的可信度。 5. **参数影响研究**：文中深入探讨了气泡与自由面的距离、气泡与结构的距离以及结构的初始角度等因素如何改变气泡的运动特性、射流角度和速度。这些发现有助于理解爆炸对结构影响的敏感性。 6. **工程应用价值**：计算模型、方法和结果对于水下爆炸相关的工程问题具有重要参考价值，可以用于预测和评估结构在爆炸环境下的响应，进而优化设计和安全评估。 该研究为水下爆炸力学、流固耦合分析以及相关工程问题提供了理论依据和技术手段，为实际工程问题的解决提供了重要的计算工具和理论指导。