水下爆炸气泡脉动的数值研究磁

利用AUTODYN软件模拟PETN药柱和TNT球形装药水下爆炸气泡脉动的过程,分析了脉动周期与最大半径随装药量、爆炸深度的变化规律。结果表明：当炸药所处的爆炸深度一定时,气泡膨胀最大半径与初始半径的比值、气泡脉动周期与初始半径的比值均为一个定值;一定质量的TNT装药水下爆炸时,气泡最大半径随爆炸深度呈指数形式变化且该变化规律与装药量无关;在不考虑重力的影响下,装药的爆炸深度一定时,当装药的初始半径成倍增加时,气泡脉动最大半径亦成相同倍数增加。     

水中爆炸气泡脉动周期的试验研究

通过工程试验研究 ,观测到水下爆炸引起的地基及水中结构物的二次地震波现象。借助已有的水下爆炸理论 ,分析试验结果 ,总结了地基及结构振动的规律 ,指出二次振动现象与水中爆炸产生的气泡脉动有关。试验特别给出了紧贴壁面爆炸时气泡脉动的规律及其脉动周期的计算结果。气泡脉动诱发的结构物二次振动的幅值与第一次振动的幅值相近 ,其危害性应引起重视。     

水中爆炸气泡脉动周期的试验研究

通过工程试验研究 ,观测到水下爆炸引起的地基及水中结构物的二次地震波现象。借助已有的水下爆炸理论 ,分析试验结果 ,总结了地基及结构振动的规律 ,指出二次振动现象与水中爆炸产生的气泡脉动有关。试验特别给出了紧贴壁面爆炸时气泡脉动的规律及其脉动周期的计算结果。气泡脉动诱发的结构物二次振动的幅值与第一次振动的幅值相近 ,其危害性应引起重视。     

模拟不同海拔水下爆炸气泡动态特性研究

不同海拔高度进行水下爆破工程时,因水体表面气压随海拔的升高而线性降低,其装药爆炸产生的气泡脉动过程及气泡大小将会发生一定的变化。通过爆炸载荷的测试以及高速摄影2种测试方法对气泡脉动进行了研究。结果表明:在海拔0～4 500 m范围内随着气压降低,气泡脉动周期按二阶多项式规律显著增大,2种方法所得数值误差小于3.8%,数据一致性较好;在海拔0～3 500 m范围内气泡最大半径随海拔升高而线性变大,而4 000 m和4 500 m有突跃变化。将研究结果与水下爆炸气泡周期理论公式进行了比较,并对理论公式在低气压这一特定条件下进行修正,得出的气泡脉动周期系数由原来的2.11修正为1.995,而气泡最大半径系数是一个与海拔有关的一次函数。     

水下爆炸气泡动态特性的研究进展

水下爆炸气泡载荷是造成舰船结构整体损伤的主要原因,研究水下爆炸气泡动态特性对水中兵器研发和舰船防护等方面至关重要.从水下爆炸气泡脉动的载荷特性出发,综述了气泡动力学理论、实验和数值模拟三方面的研究进展,总结气泡非球状坍缩运动过程、气泡与不同结构表面耦合作用以及自由场中多气泡耦合作用等问题的典型研究成果.在现有研究成果的...     

水底爆炸气泡脉动特性

为研究水底爆炸气泡脉动特性,采用PAMFLOW软件和基于JWL状态方程的气泡脉动计算程序对水底爆炸气泡脉动特性进行了数值计算,并用经验公式对自由水域爆炸气泡脉动特性进行了计算.计算结果表明水底爆炸在整个气泡运动过程中,气泡的中心向海底贴附,并形成指向海底的高速射流,气泡被压扁;水底爆炸的气泡膨胀半径大于在无限水域中爆炸;2种数值计算结果比较吻合,且与经验公式计算结果相符,说明采用这2种数值计算方法来研究水底爆炸气泡脉动特性合理.     

近场水下爆炸气泡与目标尺寸匹配关系研究

为了探究不同尺寸结构与气泡的相互作用机理,开展了2.5 g TNT在边长为20 cm、40 cm和70 cm固支方板底部15 cm处起爆的水下爆炸实验,通过观察实验高速录像以及传感器测得的压力数据结果得到：板的尺寸过小时,气泡在膨胀过程中会与空气接触,使得气泡脉动过程终止。为进一步探究爆炸气泡与目标尺寸的匹配关系,采用Abaqus软件中的CEL算法,固支方板以拉格朗日网格建立,其余部分以欧拉网格建立,对近场水下爆炸气泡的动力学行为以及压力数据进行数值模拟,通过将仿真结果与实验拍摄到的气泡现象与测得的压力时程曲线做对比验证了仿真方法的可行性。以爆炸深度除以最大气泡半径为比深度,以板的边长除以最大气泡半径为边长,接着开展了板边长为0.455到3.182倍最大理论气泡半径、爆距为0.455到1.136倍最大理论气泡半径的系列仿真。仿真结果表明：随着板尺寸的减小,气泡越容易提前溃散;以无量纲板尺寸和无量纲爆深为变量给出能否形成一个完成气泡脉动的分界函数;爆距与板尺寸距离分界线越近,气泡脉动结束时间越早。     

垂直刚性面边界条件下水下爆炸气泡运动的理论研究

为研究垂直边界面对水下爆炸气泡脉动的影响，根据势流理论建立了垂直边界面奈件下水下爆炸气泡运动的理论模型，编制计算程序进行求解。对水下爆炸气泡脉动运动的特点、流场的速度及压力的分布、气泡引起的栽荷形式进行了分析，结果表明，此模型能够反映水下爆炸气泡和周围流体介质的运动规律，并能进行定量的计算。     

水下近距爆炸作用下弹性钢板处的空化特性研究

弹性钢板在水下近距爆炸作用下,冲击波会使其附近流体形成局部空化,脉动气泡会使流体形成锥形空化。利用平面冲击波理论对局部空化的形成特性进行了研究,理论分析了结构目标尺度的变化对空化区域形成的影响,并通过具体试验对局部空化理论进行了验证,两者符合较好;通过试验和数值仿真方法研究了气泡脉动引起的锥形空化的形成特点,初步分析了锥形空化的形成原因。结果表明,锥形空化对结构具有较大的冲击作用。     

近自由面水下爆炸气泡运动的数值计算研究

采用体积加速度模型确定水下爆炸气泡运动的初始条件,基于MSC.DYTRAN有限元软件开发了定义流场初始条件和边界条件的子程序,对近水面水下爆炸气泡脉动全物理过程和自由面水冢运动特性进行了数值模拟,将气泡脉动全过程和水冢运动高度的计算结果分别与实验结果、经验公式进行对比,验证有限元模型建立和子程序开发的正确性.以此为基础...     

边界条件对水下爆炸气泡运动特性的影响分析

在近距爆炸条件下,受到边界的影响,水下爆炸气泡会出现非球状运动情况。为了得到球状气泡假设的适用条件,对深水自由场、近自由液面、近刚性壁和弹性边界等不同边界条件下水下爆炸气泡的动态特性进行了仿真计算。通过对气泡最大半径和脉动周期仿真结果的对比分析,可以得到如下结论:当爆心距离边界约等于气泡最大半径时,自由表面会使气泡的最大半径略有减小,周期缩短,刚性壁的影响与之相反,弹性边界的影响介于二者之间;在近自由边界条件下爆距大于2倍气泡半径,近弹性结构和刚性壁边界条件下爆距大于3倍气泡半径时,水下爆炸气泡可近似认为球状脉动。     

近壁面水下爆炸气泡运动的数值计算研究

基于MSC.DYTRAN非线性有限元软件建立炸药爆轰与冲击波传播的一维有限元模型,通过与冲击波压力峰值经验公式对比,验证模型的正确性。将一维数值计算结果映射到三维流场中以确定气泡运动的初始条件,开发定义流场初始条件与边界条件的子程序,对近刚性壁面气泡运动过程进行仿真分析,通过与实验结果的对比,验证三维数值计算模型的正确性。以此为基础,研究刚性面角度以及距离参数对气泡运动、射流角度、速度的影响规律,计算模型、方法及结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。     

水下爆炸气泡图像边界提取方法

为准确提取水下爆炸气泡图像边界,尝试采用在边界识别中常用的canny算子边缘检测方法,但结果并不理想。在此基础上提出了先将灰度图像转换成索引图像,采用二维离散小波分解方法小波变换方法对索引图像进行分解,针对分解的图像轮廓部分主要体现在低频部分的特点对低频部分进行增强处理,对高频部分进行衰减处理,然后对处理后的图像进行canny算子边缘检测。结果表明:小波增强后的canny算子边缘检测方法处理出来的气泡图像边界清晰,可作为进一步分析研究的依据。     

水下爆炸气泡射流对船体破坏效应研究

兵器水下爆炸时,由于船体边界存在影响了气泡自由膨胀,使气泡上升过程中会朝船体方向运动,气泡被船体吸引破裂后形成的高速水射流是舰船结构毁伤的重要因素。基于GeersHunter理论,将射流形状等效为水柱射流,采用数值仿真计算方法研究气泡射流对舰船结构的破坏效应。研究结果表明:气泡射流对船体结构的二次加载压力能使船体外板出现较大范围的塑性变形,使船体结构受到严重二次毁伤。     

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

为了研究水下爆炸近距气泡作用下船体结构损伤特性的数值模拟方法,以某实船缩比试验模型——箱型梁为仿真对象,应用MSC-DYTRAN非线性瞬态有限元分析软件,建立了船体箱型梁在水下爆炸近距气泡作用下的仿真模型,欧拉水域中考虑静水压力场,采用开放式流场边界技术处理流场边界,应用自适应网格技术处理多材料多欧拉域,引入修正的冲击波压力场对冲击波作用阶段进行修正。对冲击因子为0.236的典型试验工况进行数值模拟,分析了箱型梁在近距气泡作用下的破坏机理,并将数值计算结果与试验结果进行对比,结果表明:船体结构与气泡相互作用规律、船体结构的破坏模式及典型部位的应变时程曲线与试验结果吻合良好,两者误差在25%以内,该方法为利用数值手段研究爆炸气泡对整船的毁伤特性提供了一个有效的解决途径。     

雷管水下爆炸冲击波能和气泡能测试的研究

本文以实验室内的小水池,对雷管水下爆炸冲击波能和气泡能等参数的测量技术进行了实验研究。探索了冲击波反射和测点距离的影响,建立了瞬态波形记录仪为中心的微机辅助测量和计算的测试方法,并提供了一种评价雷管起爆能量的新途径。     

炸药水中爆炸气泡脉动分析计算

分析了水中爆炸气泡脉动的物理规律,对其演化过程在考虑水为可压与不可压2种情况下进行了数值求解.由于假设水具有不同的状态,求解得出了气泡半径及径向速度随时间变化的规律.编写的一维ALE动力学程序计算分析了水下爆炸过程,气泡脉动计算结果与实际过程非常吻合.     

箱形梁在水下近距非接触爆炸作用下的整体毁伤研究

为了研究舰船在水下近场爆炸作用下的整体毁伤模式,根据相似原则设计了两种箱形梁模型,将TNT炸药置于模型中部正下方爆炸,通过改变爆距和药量来研究试验模型在不同爆炸工况下的整体运动特性,并利用高速摄影仪观察模型的动态响应过程.试验研究发现:在梁模型一阶湿频率与气泡脉动频率相近的条件下,气泡脉动会激起结构明显的整体弯曲运动;当爆距与最大气泡半径之比为1～1.5时,梁结构会发生中垂破坏,形成一个或两个塑性绞;当爆距与最大气泡半径之比为2～4时,梁结构会发生鞭状运动响应;水下爆炸气泡对水面结构的整体毁伤作用大于初始冲击波。     

水下爆炸气泡运动对水面形态影响的数值模拟

为了研究水下爆炸气泡运动对水面形态的影响,使用LS-DYNA软件,基于ALE算法,建立了水下爆炸气泡运动模型,讨论了不同装药水深距离参数条件下,不同类型水冢的形成过程及其特性、气泡运动特性和产生的水面波动特征.结果表明:在水下爆炸过程中,随水深距离参数的增大,水下爆炸形成的水冢类型依次为零碎型、飞溅型、酒杯型、皇冠型;...