近场水下爆炸瞬态强非线性流固耦合无网格数值模拟研究

作     者：王平平 张阿漫 彭玉祥 孟子飞 Wang Pingping;Zhang A-Man;Peng Yuxiang;Meng Zifei

作者机构：哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 中山大学海洋工程与技术学院广东珠海519000 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2022年第54卷第8期

页      面：2194-2209页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0701[理学-数学] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(52088102,51925904) 国防基础科研项目(JCKY2021604B027) 中国博士后科学基金(2022M710031)资助 

主　　题：水下爆炸 光滑粒子流体动力学 重构核函数粒子法 流固耦合 结构毁伤 

摘      要：近场水下爆炸涉及多相流体的掺杂耦合以及结构的大变形、损伤和断裂等瞬态强非线性现象,传统的网格算法在模拟近场水下爆炸时面临结构网格畸变、多相界面捕捉精度不足等难题,鉴于此,本文建立了完全无网格的近场水下爆炸冲击波和气泡全物理过程瞬态强非线性流固耦合动力学模型.流体采用基于黎曼求解器的光滑粒子流体动力学(SPH)方法求解,结构采用重构核粒子法(RKPM)求解,并基于法向通量边界条件实现流固耦合.为提高SPH对流场间断的求解精度,引入黎曼问题思想并结合MUSCL重构算法,为解决流场粒子体积变化剧烈导致的精度下降问题,应用了自适应粒子分割与合并方法.为模拟水下爆炸对结构造成的损伤断裂,基于退化实体几何表述,采用Lemaitre损伤算法,建立了RKPM壳结构断裂损伤模型.依据所建立的SPH-RKPM流固耦合模型,对近场水下爆炸冲击波传播、气泡脉动与射流以及结构毁伤进行了模拟,将得到的冲击波载荷、气泡演化以及结构响应与实验值和其他数值解对比,验证了当前建立的SPH-RKPM流固耦合模型的有效性和精度,并给出了水下爆炸载荷特性及其对结构的流固耦合毁伤机制与规律,旨在为近场水下爆炸载荷预报提供理论和基础性技术支撑,为毁伤威力评估和舰船防护结构设计提供参考.