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圆柱体出水运动的自由面效应及水冢现象分析

计算物理 2013年第2期30卷 187-193页

作者：孙士丽孙义龙胡竞中胡健上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 中国船舶重工集团公司第七〇一研究所上海分部上海200240 上海外高桥造船有限公司上海200137 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

以圆柱体为例,研究自由面附近刚性物体的受力状态,分析垂直运动圆柱体出水时的自由面效应以及水冢现象.建立基于势流理论考虑自由面效应的数学模型,并用边界元方法求解该模型.求解过程中考虑非线性自由面运动学以及动力学边界条件.通过... 详细信息

以圆柱体为例,研究自由面附近刚性物体的受力状态,分析垂直运动圆柱体出水时的自由面效应以及水冢现象.建立基于势流理论考虑自由面效应的数学模型,并用边界元方法求解该模型.求解过程中考虑非线性自由面运动学以及动力学边界条件.通过求解控制方程以及边界条件,模拟恒速刚性圆柱体出水时的水冢现象及其穿越水冢过程.通过数值解和实验值的比较验证方法的可靠性.分析结构出水时的压力变化、自由液面变形、圆柱体所受的垂向合外力以及流场速度矢量的变化,并展开讨论.结果表明:考虑自由面效应的非线性方法能够更准确地预报自由面附近刚性运动物体的受力特性.

关键词：圆柱体自由面效应水冢边界元方法

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水下爆炸气泡运动对自由液面形态影响研究

爆破 2022年第3期39卷 48-55,180页

作者：周文哲徐立君郭锦泽刘筹资程永舟郑长青长沙理工大学水利与环境工程学院长沙410114 湖南水利水电职业技术学院长沙410100 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室长沙410114 珠海爆破新技术开发公司珠海519099

为了研究近水面水下爆炸在不同炸药当量下产生的气泡运动对水面形态的影响,运用ANSYS软件,基于ALE算法,建立了水下爆炸气泡运动模型,对水冢形成过程进行研究;在同一水深距离参数条件下,通过对时间参数归一化处理,对不同当量TNT炸药在水... 详细信息

为了研究近水面水下爆炸在不同炸药当量下产生的气泡运动对水面形态的影响,运用ANSYS软件,基于ALE算法,建立了水下爆炸气泡运动模型,对水冢形成过程进行研究;在同一水深距离参数条件下,通过对时间参数归一化处理,对不同当量TNT炸药在水下爆炸时形成的水冢形态变化、气泡运动特性和水面波动特征进行分析。结果表明:在水下爆炸过程中,随着水深距离参数的增大,水冢形成类型依次为零碎型水冢、飞溅型水冢、酒杯型水冢和皇冠型水冢,且水冢所产生的空腔半径也在逐步增大,在酒杯型水冢空腔半径达到最大;在相同水深距离参数下,装药量改变对于水冢基本形态的影响较小;随着装药量增大,爆炸产生的气泡脉动第一周期时间增加,形成的水下爆炸气泡半径增大,气泡中心点在竖直方向的位移在气泡第一周期收缩阶段后在逐渐向上运动;随着装药量的增大,皇冠型水冢特征宽度、中心水柱高度呈现增大的变化趋势,产生的水面波动高度也在逐渐增大,水面波动达到最大的归一化时刻也在不断地提前。

关键词：水下爆炸气泡水冢水面兴波炸药当量

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近自由面水下爆炸气泡的运动规律研究

物理学报 2008年第1期57卷 339-353页

作者：张阿漫姚熊亮哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

基于边界积分法建立水下爆炸气泡与自由面耦合数值模型;并开发相应的计算程序,计算值与实验值符合较好.从气泡与自由面相互作用的基本现象入手,运用开发的程序系统地研究了近自由面水下爆炸气泡的动态特性,包括近自由面气泡的环状回弹... 详细信息

基于边界积分法建立水下爆炸气泡与自由面耦合数值模型;并开发相应的计算程序,计算值与实验值符合较好.从气泡与自由面相互作用的基本现象入手,运用开发的程序系统地研究了近自由面水下爆炸气泡的动态特性,包括近自由面气泡的环状回弹及自由面的水冢现象;研究距离参数、浮力参数以及强度参数等特征参数与自由面Bjerknes效应之间的关系,总结相关规律,近自由面气泡的动态特性与这些特征参数有密切的关系.并在研究过程中,讨论了基于Kelvin-impulse理论的Blake准则的适用范围,并解释了Blake准则的失效的原因.旨在为相关的近自由面水下爆炸气泡动态特性研究提供参考.

关键词：气泡自由面环状水冢

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近自由面水下爆炸气泡运动的数值计算研究

工程力学 2011年第6期28卷 200-205,218页

作者：李健荣吉利项大林北京理工大学宇航学院北京100081 广西工学院汽车工程系柳州545006

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... 详细信息

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,研究距离参数和气泡脉动、自由面水冢运动特性之间的关系,总结相关规律,得出近自由面气泡的动态特性与距离参数有密切的关系。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。

关键词：爆炸力学水下爆炸气泡脉动近自由面环状水冢

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近自由面水下爆炸冲击波切断效应研究

船舶力学 2012年第5期16卷 465-471页

作者：崔杰杨文山李世铭明付仁哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 武汉第二船舶设计研究所武汉430064

近自由面水下爆炸形成的冲击波到达自由面时会反射稀疏波,并伴随着水面的上升、破碎和飞溅等复杂物理现象。文章基于无网格SPH方法建立了近自由面水下爆炸数值模型,开发了计算程序,模拟了冲击波和自由面反射的稀疏波的相互作用过程,分... 详细信息

近自由面水下爆炸形成的冲击波到达自由面时会反射稀疏波,并伴随着水面的上升、破碎和飞溅等复杂物理现象。文章基于无网格SPH方法建立了近自由面水下爆炸数值模型,开发了计算程序,模拟了冲击波和自由面反射的稀疏波的相互作用过程,分析了切断现象的特性、产生机理以及对冲击波参数的影响。研究发现,爆心正上方且距自由面较近处,稀疏波作用最强;近自由面爆炸冲击波冲量可衰减为无限水域爆炸的1/3左右。文中的研究旨在探索冲击波在自由面处的传播规律,并为近自由面水下爆炸载荷的确定提供参考。

关键词：水下爆炸近自由面切断效应 SPH方法水冢

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水下爆炸气泡运动对水面形态影响的数值模拟

工程爆破 2021年第4期27卷 40-50页

作者：刘筹资查恩尧欧阳和平程永舟郭锦泽郑长青长沙理工大学水利工程学院长沙410114 中交第四航务工程勘察设计院有限公司广州510000 湖南水利水电职业技术学院长沙410100 珠海爆破新技术开发公司广东珠海519099

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... 详细信息

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;同时爆炸产生的气泡最大半径也是随着水深的增大而减小,气泡脉动周期则相反;水面波动的特征主要与水冢的形成过程密切相关,不同类型的水冢所产生的水面兴波的机理不同。

关键词：水下爆炸气泡水冢水面兴波

近水面爆炸气泡—自由面动态耦合演化特征研究

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兵器装备工程学报 2021年第1期42卷 185-193页

作者：那立民古滨孙波李炳南姚熊亮王志凯中国人民解放军91439部队辽宁大连116041 西华大学土木建筑与环境学院成都610039 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

基于LS-DYNA软件中的ALE算法,首先对水下爆炸气泡在自由场中的演化过程进行数值模拟,并将气泡运动形态、气泡半径和流场脉动压力值与实验结果对比,验证所构建模型及参数设置的合理性。结果表明:浅水爆炸气泡与自由面耦合会产生多种水冢... 详细信息

基于LS-DYNA软件中的ALE算法,首先对水下爆炸气泡在自由场中的演化过程进行数值模拟,并将气泡运动形态、气泡半径和流场脉动压力值与实验结果对比,验证所构建模型及参数设置的合理性。结果表明:浅水爆炸气泡与自由面耦合会产生多种水冢形态,包括零碎型、飞溅型水冢、酒杯型、皇冠型、莲花型和山丘型水冢,其中前两种形态不稳定,而后面的4种形态比较稳定。不同爆距比会造成上浮气泡在接近自由面时,自身的膨胀-收缩-射流过程发生改变,进而影响其与自由面的耦合条件。当爆距比大于1.5时,所形成水冢各主要参数变化不大,水冢主要在气泡第二、三个脉动周期形成,此时气泡与自由面的耦合条件变化不大。

关键词：气泡脉动水冢近水面水下爆炸

高粘度流体中气泡与自由液面相互作用实验研究

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江苏科技大学学报（自然科学版） 2021年第1期35卷 8-15页

作者：崔杰许威陈志鹏周陶然江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212100

气泡的运动形式与边界条件密切相关.当气泡在近自由液面附近运动时,会与自由液面发生相互作用并产生复杂的水冢和射流现象.目前相关研究大多是在理想流体中进行,然而气泡在化工、生物及医学等高粘度流体中广泛存在,其运动规律尚未探明.... 详细信息

气泡的运动形式与边界条件密切相关.当气泡在近自由液面附近运动时,会与自由液面发生相互作用并产生复杂的水冢和射流现象.目前相关研究大多是在理想流体中进行,然而气泡在化工、生物及医学等高粘度流体中广泛存在,其运动规律尚未探明.因此,文中在前人研究的基础上,通过水下低压放电装置生成气泡,研究高粘度流体中气泡与自由液面相互作用特性,采用高速摄影技术获得气泡与自由液面作用时所形成的气泡脉动、射流及水冢现象.通过分析实验现象及数据,对所形成的不同水冢现象进行分类和气泡运动特性总结,得到高粘度流体中气泡运动与水冢现象随着无量纲距离参数的变化规律,为相关理论与数值的研究提供参考.

关键词：气泡自由液面水冢粘性

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水下爆炸冲击载荷的SPH算法研究

水下爆炸冲击载荷的SPH算法研究

作者：陈娟哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本文以舰船近场水下爆炸为研究背景,对近场和近边界水下爆炸问题进行了研究分析。近场和近边界水下爆炸问题涉及流场或结构的极大变形、运动物质交界面、冲击波与边界的相互作用和自由表面等特性,应用传统的基于网格的数值方法对此类问... 详细信息

本文以舰船近场水下爆炸为研究背景,对近场和近边界水下爆炸问题进行了研究分析。近场和近边界水下爆炸问题涉及流场或结构的极大变形、运动物质交界面、冲击波与边界的相互作用和自由表面等特性,应用传统的基于网格的数值方法对此类问题进行模拟研究可能会由于网格发生严重的畸变而导致计算崩溃。而光滑粒子流体动力学(SPH)法是一种自适应、无网格、粒子形式,且具有拉格朗日性质的数值模拟方法,它避免了网格畸变等问题,适宜处理大变形和冲击荷载问题,为水下爆炸的模拟研究奠定了可靠的基础。为此,本文在对SPH方法和水下爆炸的基本理论进行深入研究的基础上,应用SPH方法建立了二维水下爆炸数值模型,并编制了相应的SPH程序组,计算了水下爆炸冲击波载荷强度,求解结果达到了较高精度,验证了SPH方法对水下爆炸过程模拟计算的准确性,并研究了不同参数的变化对水下爆炸冲击载荷的影响。其次,对近边界水下爆炸问题进行了研究分析,包括对沉底水雷爆炸的数值仿真、复杂边界条件下的气泡脉动特性和近自由面水冢现象模拟,使水下爆炸冲击波在界面处的反射、透射现象得到了正确的再现,为研究水下爆炸冲击波与边界的相互作用机理提供了有价值的参考。最后,对传统SPH方法进行了改进,形成了CSPH和GSPH方法,并将其应用到激波管问题和炸药爆轰问题的研究中,通过对三种方法的计算结果的分析比较,表明修正的SPH方法同样适合于对冲击波问题的求解,且精度得到了提高,数值震荡有所减小。本文将SPH方法成功地用于水下爆炸过程的模拟研究中,揭示了水中冲击波的传播规律和冲击波与界面的相互作用机理,旨在为水下爆炸问题提供一种新型的数值研究方法和准确的冲击波载荷模型,并为舰船结构抗爆抗冲击防护设计提供理论依据。

关键词：水下爆炸 SPH方法气泡脉动水冢修正SPH方法