IMECH-IR  > 流固耦合系统力学重点实验室
水下爆炸极端载荷与细长浮体结构响应研究
Alternative TitleOn the Extreme Underwater Explosion (UNEX) Load
聂冰川
Thesis Advisor李家春
2016
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline流体力学
Abstract水下爆炸作为潜艇面临的最主要危险。研究水下爆炸极端载荷及其作用下结构 的响应对提高潜艇的生命力和战斗力有重要工程应用价值,同时水下爆炸本身也充满了丰富的科学问题。本文在回顾相关领域国内外研究现状的基础上,结合工程需求,在水下爆炸极端载荷、爆炸载荷作用下细长浮体结构总体响应、爆炸载荷下壳体的动响应与动屈曲三个方面开展了相关工作。 水下爆炸极端载荷是系统的激励源,是研究结构响应的基础。本文首先运用有 限体积法,考察了自由场中爆炸冲击波特征,气泡脉动行为及随后的水体流场特征。针对以往研究将冲击波阶段与气泡脉动阶段分开计算无法考虑结构反射冲击波与脉动气泡相互作用的不足,运用多套网格和再启动技术,实现了爆炸载荷全阶段的计算。揭示了近壁面爆炸条件下,复杂压力场中爆炸气泡的动态特性以及壁面反射冲击波在气泡处的反射、透射行为。 爆炸载荷作用下结构总体响应是潜艇类细长浮体结构的重要响应形式之一,影 响艇体结构、艇上设备和人员安全。本文在分别建立细长可变形体爆炸冲击波载荷和气泡脉动载荷作用下流固耦合模型的基础上,分析了两种载荷引起的结构总体响应特征,通过对比得到了结构总体响应的主要贡献载荷。辨识、验证了结构总体响应满足的相似律,据此提出了一个适用于细长体总体响应评估的“三场”评估准则。诊断了结构强度的影响因素,通过若干案例计算与分析,获得了提升结构总体强度的有效途径,相关结果可供潜艇抗爆性设计参考。 研究爆炸载荷作用下壳体结构的动响应和动屈曲这一个典型的流固耦合问题, 是弄清水下爆炸载荷对真实潜艇影响的基础。本文在验证流固解耦计算方法有效性的基础上,考察了冲击波作用下光壳体的塑性区特征、周向与轴向屈曲模式。基于壳体的周向屈曲模式,首次阐释了壳体背爆面存在大幅度响应的机理。进一步,分析了环向加筋壳体的强度薄弱区、响应特征与屈曲模式。以及冲击波与气泡脉动联合作用下壳体的运动、变形和屈曲。
Call Number31362
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/59435
Collection流固耦合系统力学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
聂冰川. 水下爆炸极端载荷与细长浮体结构响应研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.
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