水下爆炸气泡动力学

水下爆炸(理论)

4.1水下爆炸的基本现象和基本原理
药包在水中起爆，炸药爆轰后首先在炸药内传播爆轰波。当爆轰波传到炸药和水的界面时，在水中形成冲击波。水中冲击波初始压力比爆轰波的压力约小30～35%。爆炸产物向外膨胀，将能量传递给水，水再将能量传递给待爆介质。
4.1பைடு நூலகம்1水中冲击波的传播
1.在药包附近的冲击波传播速度比水中的声速（约为1500m/s）要大数倍。 2.水中冲击波压力随传播距离而减小。 3.压力波波长随传播距离而增长。
反射波对气团的作用
水底爆炸：如同装药在地面爆炸一样，将使水中冲击波的压力增高。对
绝对刚体的水底，相当于2倍装药量的爆炸作用。实验表明，对砂质黏土的水底，冲击波压力增加约10%，冲量增加约23%。
水中障碍物：它对气泡的运动影响很大。气泡膨胀时，近障碍物处的
水的径向运动受到阻碍，气泡有些离开障碍物的现象；但是，当气泡不大时，气泡内腔处于正压的周期不长，这种效应并不显著。当气泡受压缩时，近障碍物处的水的流动受阻，而其他方向的水径向聚合流动速度很大，因此气泡朝着障碍物方向运动，即气泡像是被引向障碍物。再一次脉动时，就可能对障碍物作用引起破坏。。在大规模水下工程爆破时，有时还会形成大量的岩块或土体以滑坡形式突然倾入水域中，造成巨大涌浪，当遇到港工或水工建筑物时，涌浪前进方向受到阻挡，引起附加水压力，并有可能翻过建筑物顶部向下游宣泄，造成事故。在水下工程爆破特别是水底大药量爆破时，将会产生强烈的地震波，受水介质影响，地震波的衰减较陆地慢，因此水下爆破地震效应比陆地同量级的岩土爆破要大，地震震动影响范围比陆地要大，因此在水下爆破工程设计中要进行防地震效应的设计计算。
Pm K 7r R
H0 / r h/r

CAE-LS-DYNA水下爆炸数值仿真

多物质组分的初始化
DYNA程序提供多物质组分的初始化功能流体算法对网格质量要求很高全六面体网格！流体物质的网格离散质量直接关系到求解精度DYNA里面的多物质流体网格可保持最佳质量*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY基于模型现有结构或是自定义几何构形来分配全六面体映射网格界面单元可以实现不同组分的插值分配处理避免流体传输常见的“负体积”等数值错误，保证分析精度
LS-DYNA水下爆炸数值仿真
程序发展概况
背景及地位◆ LS-DYNA系列为国际主要的显式非线性动力分析程序, 广泛用于冲击、碰撞、爆破及流固耦合研究，为北约新武器开发的重要工具。◆ LS-DYNA程序被公认为是显式有限元分析的鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码。◆ 丰富的接触碰撞算法和卓越的多物质流固耦合功能使其在分析高度瞬态非线性问题时具有其它软件无法比拟的优势。◆ 军工系统爆轰分析的首选软件，事实上的行业标准。
式中：ω、A、B、R1、R2是输入参数，适用于各种凝态炸药。
水或空气的状态方程
Jones-Wilkins-Lee 状态方程
*EOS_LINEAR_POLINOMIAL*EOS_GRUNEISEN*EOS_IDEAL_GAS
水下爆炸涉及的命令
多物质及耦合关键字*section_solid_ale (选择单元算法)*control_ale（指定物质输运算法）*ale_multi-material_group_options （多物质ALE(Euler)分析时指定）*initial_void_options （单物质+空PART时指定）*contact_sliding_only_options 炸药采用Lagrange描述*constrained_lagrange_in_solid 炸药采用ALE或Euler描述，结构采用Lagrange描述*initial_detonation 单点、多点、线起爆*control_explosive_shadow 隔爆、绕爆

水下爆炸数值模拟研究

水下爆炸数值模拟研究
为提高水下爆炸数值模拟的精度,本文探讨了边界条件、网格密度对近场条件下的水下爆炸计算结果产生的影响,分析了在有限的计算条件下进行水下爆炸三维计算的可行性,为本文的水下爆炸数值计算提供依据。

本文应用LS-DYNA有限元程序中的拉格朗日算法对假设的一维柱对称计算模型进行计算,模拟了水下爆炸的冲击波及气泡脉动过程,定性的研究了冲击波传播及气泡脉动的规律以及装药深度对水下爆炸冲击波、气泡脉动所产生的影响。

应用AUTODYN动力学软件中的欧拉算法对二维轴对称计算模型进行计算,模拟了小药量炸药的水下爆炸冲击波传播过程,得到了距离爆炸中心不同距离处的压力时程曲线、冲击波峰值压力、冲击波压力冲量以及冲击波能,并与经验值进行比较,结果符合较好。

通过二维计算,研究了两种起爆方式、两种装药形状、不同材料的炸药外壳及不同厚度的壳体对水下爆炸冲击波各参数所产生的影响。

2018-3-66水下爆炸气泡对舰船冲击环境的影响

2 College of Shipbuilding Engineering， Harbin Engineering University， Harbin 150001， China the effects of bubble pulsation pressure on a hull's shock environment，［Methods］ acoustic-structure this basis，the shock environment under bubble pulsation pressure is studied.［Results］The results show the simulation data with the experimental data in the literature，the method is shown to be effective. On Abstract：［Objectives］ In order to standardize the load system of a hull's shock environment and study
第 13 卷第 3 期 2018 年 6 月
中国舰船研究 Chinese Journal Ship Research 中国舰 of 船研究
Vol.13 No.3 Jun. 2018 第 13 卷
引用格式：曾令玉，蔡尚，王诗平 . 水下爆炸气泡对舰船冲击环境的影响［J］ . 中国舰船研究， 2018， 13 （3）： 66-71. ZENG L Y， CAI S， WANG S P. Effects of underwater explosion bubble on shock environment of warship ［J］ . Chinese Journal of Ship Research， 2018， 13 （3）： 66-71.

近壁面水下爆炸气泡运动的数值计算研究

近壁面水下爆炸气泡运动的数值计算研究李健;林贤坤;荣吉利;项大林【摘要】One-dimensional FE model for explosive detonation and propagation of shock wave was established and the simulation was done based on MSC.DYTRAN software.The computational results of the peak pressures of shock wave were compared with the test ones.The agreement between them verified the correctness of the FE model.The initial conditions of a three-dimensional bubble were determined by mapping the computational results of the one-dimensional model into a 3D fluid field.Subroutines to define the initial conditions and boundary conditions of the fluid field were developed.The dynamic behavior of a bubble near a rigid wall was simulated and analyzed.The interactions between the bubble and the rigid wall were studied systematically.It was shown that the dynamic behavior of the bubble is closely related to distance parameters and the angle of the rigid wall surface.The study provided a reference for the related studies and engineering calculation.%基于 MSC．DYTRAN 非线性有限元软件建立炸药爆轰与冲击波传播的一维有限元模型，通过与冲击波压力峰值经验公式对比，验证模型的正确性。

典型含铝炸药深水爆炸气泡脉动特性研究

典型含铝炸药深水爆炸气泡脉动特性研究
段超伟;宋浦
【期刊名称】《兵器装备工程学报》
【年(卷),期】2022(43)6
【摘要】炸药在水下爆炸的能量主要以冲击波和气泡能的形式释放,深水的高压环境会对水下爆炸气泡脉动载荷产生很大的影响。

结合气泡运动方程与爆轰产物状态方程,对含铝炸药RS211深水爆炸气泡脉动参数进行计算,获得了水深100~2000 m的气泡脉动过程。

分析结果表明:2种装药量的气泡脉动参数随水深的变化一致,气泡最大半径与脉动周期均随着炸药入水深度的增加而减小,且随着深度的增加,静水压力的影响越来越小;气泡脉动峰值压力与水深成线性关系;气泡能随着入水深度的增加逐渐减小,说明静水压力的变化会影响到炸药水下爆炸能量的输出特性。

【总页数】6页(P84-89)
【作者】段超伟;宋浦
【作者单位】西安近代化学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TJ610.1;O383.1
【相关文献】
1.含铝炸药深水爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟
2.小当量炸药深水爆炸气泡脉动模拟实验
3.铝粉粒度和铝氧比对含铝炸药在密闭空间内爆炸特性的影响
4.不同铝
氧比CL-20基含铝炸药深水爆炸能量输出特性5.含铝炸药水下两点爆炸冲击波超压特性研究
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水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

２ＣｈｉｎａＳｈｉｐＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＤｅｓｉｇｎＣｅｎｔｅｒ，Ｗｕｈａｎ４３００６４，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂｕｂｂｌｅｐｕｌｓａｔｉｏｎ１ｏａｄｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅＩ。ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｉｓｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｆｏｒｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｄａｍａｇｅｏｆｗａｒｓｈｉｐｓ．Ｔｈｕｓ．ａｎａｃｃｕｒａｔｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｕｂｂｌｅｌｏａｄｉｓｃｒｕｃｉａｌｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅ
ｓｈｉｐ ’ Ｓｓｈｏｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｉｍｐａｃｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｂｕｂｂｌｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｌｏａｄｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄ
研究具有重要意义。基于势流理论，建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例，对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析，详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后，将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证，结果吻合良好。算例表明，考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。关键词：水下爆炸；气泡脉动；势流理论；自由表面

水下爆炸载荷下舰船响应与毁伤研究综述

第25卷第5期水下无人系统学报 Vol. 25No. 5 2017年12月 JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Dec. 2017收稿日期: 2017-09-30; 修回日期: 2017-11-10.基金项目: 国家自然科学基金项目(51479204、51409253、51679246).作者简介: 金键(1990-), 男, 在读博士, 主要研究方向为舰船抗爆抗冲击.[引用格式] 金键, 朱锡, 侯海量, 等. 水下爆炸载荷下舰船响应与毁伤研究综述[J]. 水下无人系统学报, 2017, 25(5): 396-409.【编者按】现代舰船的生命力和战斗力受到鱼、水雷等水中兵器的严重威胁, 开展水下爆炸载荷下舰船响应与毁伤研究具有十分重要的现实意义。

水下爆炸载荷下舰船的响应与毁伤过程是复杂的非线性动态过程, 属大变形、强非线性问题, 涉及流体力学、气泡动力学、爆炸力学、塑性力学、塑性动力学、结构力学、断裂力学、结构振动学、水弹性力学及计算机应用等众多学科及相互之间的交叉。

目前对水下爆炸的基本过程、物理现象和载荷特性的研究较为成熟, 对复杂边界条件下的水下爆炸过程和载荷特性的研究也有了长足的进展, 而水下爆炸载荷下舰船动响应过程、毁伤机理问题还有待进一步研究。

在受到水中兵器的攻击情况下, 如何根据舰船动响应过程与毁伤机理合理选取材料、设置优化结构是舰船防护中亟待解决的问题。

在国内, 朱锡教授带领的舰船抗爆抗冲击技术研究团队在舰船防护装甲材料、舰船防护结构设计方法、舰船结构防护/承载/隐身多功能一体化等方向有深入研究, 取得了一批原创性成果。

目前团队承担着武器装备预研项目、国防973项目、国家自然科学基金重点项目等多项国家级项目的研究与研制任务。

本刊特邀其团队成员金键博士系统梳理了水下爆炸下舰船响应与毁伤问题, 以综述形式呈现, 旨在让读者对水下爆炸的过程、分类和载荷特征、舰船动响应过程和毁伤机理以及研究方法和研究趋势有清晰的了解与认识。

水下爆炸冲击波的传播特性试验研究

水下爆炸冲击波的传播特性试验研究水下爆炸对构筑物的破坏主要表现为冲击波和气泡脉动效应。

一般而言,气泡脉动通常起附加破坏作用,而冲击波起决定性作用。

水下爆炸冲击波的传播规律及其动力效应是水利水电工程、航运工程和爆破工程等领域关注的一个重要问题,直接关系到水下设施的安全和容器状构筑物爆破拆除参数的合理选取,因而具有重要的工程价值和理论意义。

本文以水下爆炸冲击波效应为研究契机,在有限的钢板水箱水域内开展了水冲击波试验研究。

首先,通过现场试爆及其现象分析,得出了药包布置原则；其次,利用高速摄影技术再现了水下爆炸冲击波波阵面的动态传播过程,并得出波阵面传播速度及其传播规律；根据水冲击波波阵面传播速度,得出不同距离处的峰值压力,并对水冲击波峰值压力、传播距离及药量关系进行分析,从而得出了小药量水下爆炸冲击波压力计算经验公式。

最后,选取水压爆破拆除工程实例,对试验结果进行验证,说明了药包布置原则的合理性、实用性。

主要得出以下结论：(1)利用高速摄影技术来观测水下爆炸冲击波的传播过程及测试其峰值压力是切实可行的；(2)试验条件一定,水下爆炸冲击波波阵面传播速度从零急剧上升到某一值,随后以波动形式迅速衰减,最终趋向于某一稳定值；(3)相同试验条件下,药量越大,水冲击波波阵面传播速度上升及衰减越快,且二次波峰值压力越大：(4)根据冲击波波阵面水动力学量之间的关系,得出水下爆炸冲击波波阵面传播速度所对应的峰值压力,并对其峰值压力、传播距离及药量进行分析,从而得出了小药量水下爆炸冲击波峰值压力计算经验公式,即当比例半径r/r0>5.649时,Pm=105.472(Q1/3/R)1.65；(5)在水压爆破工程中,对于开口式容器状构筑物,为提高炸药能量利用率,降低其能量损耗,则要求药包的入水深度h至少要大于容器内壁到爆心的距离R,即h>R；(6)药包布置位置要尽可能使冲击波波阵面同一时刻达到容器状构筑物侧壁,使容器状构筑物受力均匀为原则；(7)为减少自由水面卸载所造成的能量损失,条件适合时可在开口式容器状构筑物中注满水并对顶部做封闭措施。

自由场水中爆炸气泡的物理特性

自由场水中爆炸气泡的物理特性
张阿漫;姚熊亮;闻雪友
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2008(28)5
【摘要】将水中爆炸气泡运动阶段周围流场假设为无粘、无旋、不可压缩的理想流体,运用边界元法模拟自由场中气泡的运动,在气泡运动模拟过程中引入数值光顺技术及弹性网格技术,避免因网格扭曲而导致的数值发徽,并开发计算程序.计算值与实验值吻合良好,误差小于10%.从自由场水中爆炸气泡的基本现象入手,基于本文中开发的程序系统地研究了自由场中气泡的动力学特性.对流场中不同方位的压力进行分析,得出气泡中心的迁移方向及射流的攻击方向压力载荷比其他方向均大,说明气泡射流的攻击方向压力载荷最大,对水中结构造成严重毁伤,表明了气泡载荷的不对称性,计算了流场中不同位置的速度变化曲线,结果表明随着距气泡中心距离的增大,气泡运动引起的滞后流的速度迅速减小,且随着气泡的膨胀和坍塌.滞后流的方向逆转,总结了滞后流的衰减及变化规律.
【总页数】10页(P391-400)
【作者】张阿漫;姚熊亮;闻雪友
【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所,黑龙江,哈尔滨,150036;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所,黑龙江,哈尔滨,150036
【正文语种】中文
【中图分类】O382.1
【相关文献】
1.水中电爆炸气泡动态特性试验研究
2.有限水域水中爆炸气泡脉动的数值模拟
3.CL-20基炸药水中爆炸气泡脉动实验研究
4.低能量导爆索水中爆炸气泡的脉动现象
5.爆炸气泡帷幕对水中冲击波能量的衰减特性
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