复杂边界条件下近场水下爆炸对固支方板的毁伤效应

近场水下爆炸会产生复杂的载荷模式,而复杂的边界条件使结构在近场水下爆炸作用下的毁伤形态更加难以预测。因此,采用耦合的欧拉-拉格朗日算法探究了水下爆炸气泡在多边界耦合作用下（自由面、弹塑性板、泥沙边界）的演化过程及其对固支方板的毁伤效应。首先,开展了2.5 g TNT在不同尺寸（板边长为0.46、0.92和1.61倍最大气泡直径）固支方板底部10 cm起爆的水下爆炸试验,验证了有限元方法的准确性。然后,结合试验和有限元结果分析了不同边界条件下板的毁伤机理。最后,通过系列数值模拟发现：随着板尺寸和爆距的增大,气泡会出现溃散、下射流和上射流3种不同的演化方式;随着板尺寸的增大,爆距对板中心最终变形的影响减小;泥沙边界能减缓气泡收缩,使气泡从中部塌陷形成方向相反的对射流,降低固支方板的位移和应变,对于气泡提前溃散的工况,泥沙边界基本无影响。

     

近场水下爆炸过程中气泡脉动与射流载荷特性研究

为了深入研究近场水下爆炸过程中产生的气泡射流现象,本文开展了小当量TNT在固支方板底部爆炸的水下爆炸试验,设计了一种阵列式壁压传感器的方法成功测得了气泡射流的载荷时程曲线.实验结果指出,固支方板底部中心处气泡脉动压力峰值与射流压力峰值相差不大,但射流压力持续时间为气泡脉动压力的21.36倍,气泡脉动压力及其持续时间随着传感器距中心位置距离的增加只是略有衰减,而射流压力及持续时间随着传感器距中心位置距离的增加衰减较快,说明射流载荷作用范围较为集中.接着通过Abaqus软件开展了从炸药起爆到气泡射流形成全过程的数值模拟工作,模拟得到的气泡演化过程和气泡射流载荷时程曲线与实验结果基本一致.最后通过数值模拟得到了近场水下爆炸气泡脉动过程中气泡射流比冲量分布规律、气泡射流形态演变规律和气泡射流头部速度变化规律.本文的工作能够为利用近场水下爆炸气泡射流对水面舰艇结构实施毁伤打击提供依据.