水下爆炸作用下基于声学的爆源子结构输入方法

无限域吸收边界和爆炸波输入是水下爆炸载荷数值模拟的两个关键问题.本文借鉴基于内部子结构的地震波动输入方法和爆源子结构多尺度分析方法,考虑水下爆炸载荷与地震载荷同属于波动问题,提出一种水下爆炸作用下爆源子结构的爆炸波输入方法,该方法首先通过对爆源区域进行水下爆炸波自由场的波场分解,并利用地震波的内部子结构输入方法,将该自由波场运动转换为等效爆炸波输入载荷,从而实现了水下爆炸问题中冲击波的输入;本文采用圆形爆源子结构区域,并采用AUTODYN软件中一维自由场模型计算水下爆炸作用下该区域的自由波场压力时程.进一步,基于连分式近似方法提出了一种模拟无限域水体辐射效应的高精度时域人工边界条件,该吸收边界可设置于离结构和爆源子结构较近处.本文提出的分析方法通过圆形爆源子结构进行水下爆炸载荷的转化,并采用高精度吸收边界大大减少计算区域,既保证了计算精度,又降低了单元数量,具有较高的计算效率和较强的实用性.通过数值算例分析,验证了本文模型与方法的准确性,模拟了水下爆炸作用下的冲击波和气泡脉动阶段测点的压力时程曲线,并研究了圆形结构对水下近场爆炸波散射效应的影响规律.     

多个椭圆柱波浪力的一种解析解

波浪在大尺寸结构表面产生不可忽略的散射波, 该散射波在多柱体体系中继续传播, 并在同体系中的其他柱体上产生高次散射波. 本文基于椭圆坐标系和绕射波理论首先推导了波浪作用下椭圆单柱体产生的散射波压力公式, 随后考虑该散射波在多柱体系中的传播, 将其视为第二次入射波, 推导出柱体上第二次散射波压力公式, 同理可以推导出高次散射波压力公式, 最后得到椭圆多柱体波浪力解析解, 并用数值解验证了本文解析方法的正确性. 本文以双柱体和四柱体体系为例, 分析了不同参数(波数、净距、波浪入射角度等)下, 高次散射波对柱体上波浪作用的影响. 结果表明: 波数较大的情况下, 高次散射波引起柱体上的波浪力不能忽略; 结构间距较大的情况下, 虽然高次波的作用有减小的趋势但仍然明显; 高次散射波来自多个柱体对入射波的散射, 柱体数目的增加后, 高次波的影响会增加, 结构所受的高次波作用因参数变化而起的波动会变剧烈; 高次波对上游柱体波浪力的贡献较对下游柱体的贡献大.