流固界面冲击动力学行为研究

摘要

近年来，随着各国经济实力和军事力量的加强，各国均加大了对海洋和海洋资源的的利用和开发。在这种趋势下，各国也加大了对海军力量的建设。水下爆炸是当今舰船面临的主要威胁，研究水下爆炸冲击波对舰船防护有着重要的意义，冲击波在流固界面的传播规律作为其重要组成部分，研究其在流固界面的冲击动力学行为显得尤为重要。目前，随着计算机技术的飞速发展，对水下爆炸冲击波的数值仿真研究取得了较大进展。同时，水下爆炸冲击波的实验研究也取得了较大突破，已由传统的水下炸药爆炸冲击波实验转化为非药式等效爆炸冲击波实验装置的研究，极大地缩减了实验成本，同时具有较高的可重复性和可操作性。本文在已有水下爆炸冲击波等效加载装置研究基础上，提出了一种新型的水下爆炸冲击波等效加载装置，并针对该装置进行了几部分研究:
　　1.根据一维弹性应力波基础和冲击动力学基本理论对本文所提出的装置建立了简单的理论模型，提出了流固界面衰减系数k;
　　2.利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件ALE算法对本文提出的装置建立了数值模型，讨论了多种变量因素对生成等效水下爆炸冲击波波形的影响，同时通过多组数值分析得到了衰减系数k的取值范围;
　　3.对本文所提出的新型的水下爆炸冲击波等效加载装置进行了实验研究，详细分析了实验误差来源，并将实验结果与仿真研究结论进行对比，证明了实验值的准确性，同时验证了本文选用仿真方法的可行性;
　　4.对SHPB生成水下冲击波装置进行了改进仿真研究，考虑了活塞锥角、厚度以及扩张水道张角的影响，为将来的大尺寸装置设计提供了指导思路。最终，对比了本文提出的水下爆炸冲击波等效加载装置与已有水下爆炸冲击波等效加载装置的优缺点。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1水下爆炸的工程背景及研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1水下爆炸冲击波的理论研究进展

1．2．2水下爆炸冲击波的实验技术研究进展

1．2．3水下爆炸冲击波的数值仿真技术研究进展

1．3本文主要研究工作

第2章水下爆炸冲击波的传播和模拟理论

2．1水下爆炸的相关理论

2．1．1水下爆炸的概念

2．1．2水下爆炸的过程

2．1．3水下爆炸冲击波压力计算的经验公式

2．2水下爆炸冲击波的模拟理论

2．2．1一维弹性应力波控制方程与波传播

2．2．2等效水下爆炸冲击波理论

2．3水下爆炸冲击波对结构物的损伤理论

2．4本文建立的理论模型

2．5本章小结

第3章水下爆炸冲击波的数值计算研究

3．1基于ANSYS／LS-DYNA的水下爆炸冲击波的数值计算研究

3．2水下爆炸数值仿真分析

3．2．1问题描述及数值模型

3．2．2结果后处理

3．3飞片撞击活塞生成水下冲击波的数值仿真分析

3．4 SHPB生成水下冲击波的数值仿真分析

3．4．1 SHPB生成水下冲击波方案设计

3．4．2 SHPB生成水下冲击波数值分析过程

3．4．3 SHPB生成水下冲击波数值仿真结果分析

3．5本章小结

第4章SHPB生成水下爆炸冲击波的实验技术

4．1实验方案

4．1．1实验目的

4．1．2实验装置及原理

4．1．3实验过程

4．2．1薄壁水舱结果分析

4．2．2厚壁水舱结果分析

4．3实验误差的分析

4．4本章小结

第5章SHPB生成水下冲击波装置的改进研究

5．1活塞改进研究

5．1．1改变活塞锥角角度

5．1．2改变活塞厚度

5．2水舱扩张角度的改进研究

5．3本文装置与已有等效水下爆炸冲击波加载装置对比分析

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢