水下爆炸前期流場和潛水結構動態回響的三維數值研究

《水下爆炸前期流場和潛水結構動態回響的三維數值研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由張亞軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水下爆炸前期流場和潛水結構動態回響的三維數值研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張亞軍
• 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所

項目摘要

主要內容是：（1）水下爆炸前期流場全過程數值模擬。即炸藥點火和爆轟、氣泡（爆轟產物氣體）膨脹和衝擊波產生與傳播。採用高精度格式求解帶有限反應速率的多組分Euler方程，得到炸藥點火和爆轟流場。採用五階WENO格式求解level set方程得到氣泡界面運動，採用MGFM、rGFM方法描述氣水、邊界條件。採用PPM格式求解ALE方程得到水和產物氣體流場。（2）潛水結構動力學回響。採用FEM求解Lagrange坐標系的虛功原理，得到結構變形、裂紋擴展等。流、固耦合由相界面約束條件確定。特色是：（1）將level-set方法推廣到複雜域氣泡（群）模擬，基於近似Riemann問題建立高密度比氣、水界面邊界條件。（2）已有文獻是針對水下爆炸某個或幾個過程，而不是前期階段全過程。意義是：認識相關的流動機理和氣泡演化，得到三維計算軟體，為評價水中兵器毀傷效應和提高潛水結構抗衝擊防護提供數據和理論指導。

結題摘要

針對水下兵器及水下結構防護等套用需求，為研究水下爆炸過程存在的爆轟、氣水固界面及衝擊波傳播的規律和機理，本課題在已有程式基礎上，通過改進程式、組合不同類型模組的程式，實現了水下爆炸的全過程數值模擬，計算獲得近場水下爆炸的衝擊波流場演化過程的圖像。完成了項目的計畫研究內容。計算得到自由流場中水下爆炸衝擊波隨半徑的衰減與Core公式一致，衝擊波在水下結構表面的透射反射，引起結構的變形落後於透射衝擊波的傳播。為進一步開展全尺寸數值模擬打下了良好基礎，也為開展水下兵器及潛水結構研究初步建立了數值分析平台。