*51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: &351916072& 
/> 4.1.2状态方程 22
4.1.3建立有限元模型 23
4.2结果分析与讨论 24
4.3小结 29
第五章 刚性界面附近水下爆炸气泡数值模拟研究 31
5.1数值模拟 31
5.1.1气泡初始条件 31
5.1.2状态方程 31
5.1.3建立有限元模型 32
5.2结果分析与讨论 34
5.3小结 36
结语 37
致谢 39
参考文献 41
第一章 绪论
1.1引言
自然界中，有流体存在的地方，就会有气泡产生。在工程中，有时候气泡会给人们带来很大的破坏。常见的水下结构如船舶螺旋桨，在高速运行时会产生大量的气泡，这些气泡会造成螺旋桨表面的剥蚀。此类现象中，脉动气泡会形成高速射流，导致螺旋桨桨叶表面产生局部的凹坑，称为点蚀，如果螺旋桨桨叶设计的不好，产生的气泡会大面积的剥蚀，从而降低螺旋桨的推进效率。再如，水下爆炸产生的大尺度气泡，在爆炸冲击波对船体产生局部破坏后，会对船体造成总体破坏，如图11所示。目前，水下爆炸气泡载荷一直是国内外研究的热点，而且已经取得了很大的成果。
流体中的气泡除了会造成结构损伤外，有些现象也可以被人们有益地应用。例如，人们对超空泡的研究，可以用气泡帷幕将船体与流体隔开，从而达到减阻降噪的目的。气泡在产生和毁灭时会产生噪音，如何减小其噪音的能量对于潜艇之类的舰艇保持其隐形性能至关重要。
总的来说，流体中气泡的运动规律均为气泡与物体表面、自由液面等边界的相互作用。随着现代计算机技术的发展，尤其是有限元软件在流体气泡的应用，对于研究气泡载荷和运动状态提供了很好的工具。本文从气泡运动的基本现象入手，研究水下爆炸气泡的运动机理、与刚性界面、自由液面之间的相互耦合作用，旨在为研究水下爆炸气泡脉动提供一种新的研究方法。
/
图11 近场水下爆炸试验
1.2水下爆炸气泡领域研究的历史和现状
炸药在水下爆炸后，会瞬间变为高温高压气体，从而产生气泡。爆炸产生的气泡内部的高压将使气泡膨胀，并促使周围的水以小于声速的速度向外扩散运动（滞后流）。气泡内部的压力会伴随膨胀而不断减小，当降到与周围环境压力相同时，气泡由于惯性的作用将继续膨胀，一直达到气泡的最大半径。此时，气泡内部的压力低于周围环境压力。之后，气泡周围的水开始反向运动压缩气泡，使气泡不断收缩至最小。接着气泡内部压力又高于周围环境压力，气泡开始第二次膨胀，并产生第二个向外传播的波。当气泡再次膨胀到最大半径时又开始收缩，相同的膨胀收缩过程可以重复三次以上。这个过程被称为气泡脉动。气泡在脉动过程中会受到水的浮力，从而产生向上的运动，图11形象地表示了气泡内部压力变化和气泡运动的过程。宗智等[1]研究发现：第一次气泡脉动气泡内的剩余能量只有初始能量的7％左右TNT，因此一般在研究气泡脉动对舰船的毁伤效应时只关注第一次气泡脉动。冲击波和气泡在传播过程中携带不同的能量，冲击波大约占有53％的能量，而气泡占有47％。在传播过程中，冲击波损失约20％的能量，剩余的造成结构物的毁伤；而气泡第一次膨胀、收缩过程损失约13％的能量，有17％的能量会在气泡被压到最小时散失，剩下的用于产生第二次的压力波。总的来说，水下爆炸不同于空气爆炸的地方是会产生气泡脉动的现象。
/
图11 水下爆炸压力变化和气泡脉动过程
在80年代以前，水下爆炸的有关研究只集中于冲击波造成的结构破坏，对于爆炸后的气泡载荷的研究并不深入。从80年代中期起，人们逐渐意识到气泡引起的结构损伤也会达到很严重的地步。水下爆炸产生的冲击波经常会造成结构的局部损伤，经过人们的研究发现，一般现代舰船的设计会有足够的强度来抵抗爆炸冲击波带来的局部损伤，然而气泡带来的伤害却是引起舰船沉没的因素，因为气泡脉动会产生脉动压力和滞后流，这会对舰船造成局部和总体破坏。船体结构通常还会受到气泡脉动形成的高速射流的破坏，以致船体沉没，如图1.2所示。

原文链接：http://www.jxszl.com/jtgc/cbyhy/78709.html