水下爆炸气泡射流载荷及对结构毁伤研究进展

气泡射流载荷是造成水下结构毁伤的重要因素。本文从水下爆炸气泡射流产生的实验装置和条件、气泡射流载荷特性及其对结构的毁伤等方面对国内外相关领域的研究进行综述,总结气泡射流实验技术和数值模拟现状,梳理气泡射流载荷特征及其对结构毁伤的影响规律,为水下武器的研制及舰船抗爆能力的提升提供参考。

近场水下爆炸气泡射流载荷冲击船体外板的动响应分析

基于ABAQUS软件中的耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法,模拟近场水下爆炸气泡射流载荷对船体外板的冲击过程,将CEL算法的数值结果与Obara试验结果进行对比,验证数值方法的有效性。在此基础上对水下爆炸射流的载荷压力特性、射流的速度分布特性及射流引起的结构剪应力分布特性进行研究,旨在为实际海战中船体外板遭受水下爆炸射流载荷的抗冲击设计提供一定参考。

水下爆炸射流载荷对平板结构的冲击毁伤特性研究

建立了简化的气泡射流模型,研究射流冲击对船体板产生的毁伤效应,得出了射流速度、射流位置以及射流形状对结构毁伤的影响规律。研究发现射流冲击速度对结构的破坏具有决定性作用,射流形状对毁伤效果亦有较大影响,射流冲击位置对结构的破坏影响不大,以上结论为舰船的防爆抗爆提供了参考。

近物面爆炸气泡溃灭与射流载荷特性研究

极近场水下爆炸会产生气泡溃灭和射流等复杂的物理现象,针对上述现象,联合ALE方法,开展了水下爆炸气泡射流速度、射流高度、射流宽度和射流戰荷等方面较为系統的研究。通过分析不同物面深度下射流特征参数分别与药包质量和无量纲距离参数的变化趋势,建立了射流速度、射流宽度、射流高度、射流載荷4种数学模型,并验证了它们的有效性。研究表明:爆炸气泡射流速度随着药包质量的增加而减小,变化趋势符合幂函数的特性;爆炸气泡射流宽度和射流高度都随着药包质量的增加而增加,变化趋势符合幂函数的特征;随着物面深度的增加,射流宽度和射流高度都减小。

高压水射流破岩比能演化机理研究

采用非线性动力有限元和岩石动态损伤模型,在对高压水射流破岩过程模拟分析的基础上,进行了射流破岩比能演化机理的研究。研究结果表明,在脉冲射流载荷的衰减阶段,由于岩石卸载的阻力较小,卸载过程中所释放的能量利用较为充分,使得脉冲射流的破岩比能明显小于连续射流;因为旋转射流的每一质点均具有三维速度,易于在岩石表面形成拉伸和剪切破坏。且回流的干扰较少,提高了射流的能量利用率,使得破岩比能也明显低于连续射流,且随着切向速度与轴向速度比值的增大,旋转射流破岩比能逐渐减小。