水中沖擊波作用下結構壁面載荷特性分析.pdf

1、船體結構作為艦船生命力的載體，是水下爆炸最直接的沖擊對象，從根本上決定了艦船的生存能力，因此一直以來都是艦船防護的重點對象。而載荷的準確預報是其強度評估的前提，因此對水中結構受水下爆炸沖擊下的壁面載荷特性的分析對艦船防護具有重要的現實意義。
　　然而，人們對由爆炸產生的載荷機理問題的認識還存在一定的局限性。本文試圖從結構表面的爆炸載荷機理方面進行深入的探討。文中通過理論和數值兩種途徑分別對弱沖擊波和強沖擊波作用下的流固耦合問題進行

2、了研究，探討流固耦合現象對緩解結構受沖擊的有利影響，以期為防護系統(tǒng)的設計及優(yōu)化提供參考，提高結構抗沖擊性能。
　　首先對沖擊波傳播的基本理論進行了簡要概述，并給出不同形式狀態(tài)方程對沖擊波壁面反射解形式的影響。
　　其次應用Taylor平板理論（背空）及其擴展形式（背水）對水中沖擊波作用下平板結構的壁面壓力、結構動響應、傳遞沖量及空化發(fā)生時間等進行了對比分析，同時給出了計及結構中應力波效應的波動流固耦合分析方法，驗證了其有效性

3、，并將其應用于板架結構、有橡膠敷設層板和有層間水的雙層板結構，發(fā)現由于板架結構的垂向構件構成了應力波向內傳播的波導，增大了沖量傳遞；橡膠層極大地削弱了壁面壓力峰值，卻拉長了壁面壓力脈寬；雙層板的外板起到了“削波”的作用，使得作用在內板壓力峰值較外板峰值有所下降。
　　再次對強沖擊波作用下可壓縮流中不同厚度、不同背側條件、受不同沖擊波類型和強度的平板沖量傳遞及空化發(fā)生時間展開了分析，定義了類似Taylor平板理論中的流固耦合參數，給

4、出了極輕板和極重板理論解和適用于不同沖擊波類型的沖量傳遞估算公式。結果表明沖量傳遞和空化發(fā)生時間由流固耦合參數和板背側條件共同決定，文中給出的沖量傳遞實用估算公式同數值解吻合良好，適用于任意板厚、任意沖擊波強度，省去了大量的數值計算時間。
　　最后應用提出的波動流固耦合分析方法計算了某型艦實尺度板架模型的壁壓及沖量傳遞，得知板架傳遞的沖量比等面積平板大得多。此外還對現有文獻中的試驗進行了數值對比，發(fā)現單層平板速度的數值計算結果較試