气泡及其破碎兴波对浮动冲击平台影响探究

王志凯 周鹏 孙波 姚熊亮 杨娜娜

王志凯, 周鹏, 孙波, 姚熊亮, 杨娜娜. 气泡及其破碎兴波对浮动冲击平台影响探究[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(9): 093201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0212
引用本文: 王志凯, 周鹏, 孙波, 姚熊亮, 杨娜娜. 气泡及其破碎兴波对浮动冲击平台影响探究[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(9): 093201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0212
WANG Zhikai, ZHOU Peng, SUN Bo, YAO Xiongliang, YANG Nana. Influence of bubbles and breaking waves on floating shock platform[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(9): 093201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0212
Citation: WANG Zhikai, ZHOU Peng, SUN Bo, YAO Xiongliang, YANG Nana. Influence of bubbles and breaking waves on floating shock platform[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(9): 093201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0212

气泡及其破碎兴波对浮动冲击平台影响探究

doi: 10.11883/bzycj-2018-0212
基金项目: 国家自然科学基金(11602069,51779056);黑龙江省自然科学基金(E2017026);中国博士后科学基金(2017M611359)支持
详细信息
    作者简介:

    王志凯(1989- ),男,博士,讲师,wangzhikai@hrbeu.edu.cn

    通讯作者:

    姚熊亮(1963- ),男,博士,教授,yaoxiongliang@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: O383.1

Influence of bubbles and breaking waves on floating shock platform

  • 摘要: 基于LS-DYNA软件中的ALE算法,对近水面水下爆炸气泡脉动过程进行数值模拟并与实验结果进行对比,验证了近水面近壁面混合边界有限元模型和参数设置的正确性。设置不同爆炸工况,对气泡及其破碎兴波对浮动冲击平台影响进行探究,结果表明:在水下爆炸过程中,气泡、自由面、浮动冲击平台会发生强烈的耦合作用,在气泡脉动阶段,气泡会诱导出涌流和水冢效应,影响浮动冲击平台的安全性和使用性;冲击波是影响浮动冲击平台冲击环境的主要因素,由于气泡的低频性,气泡脉动及水冢对浮动冲击平台的直接冲击作用,会小幅度增加浮动冲击平台冲击环境的谱速度值、谱位移值,对谱加速度值几乎无影响;水冢抨击水面所形成的波浪和气泡破碎兴波,对浮动冲击平台造成的激励载荷呈周期性,其周期与波浪周期相同。波浪的激励载荷仅通过激励其对应频率的浮动冲击平台共振来改变平台的冲击环境。波浪载荷很小,对浮动冲击平台的冲击环境影响较小。
  • 图  1  混合边界条件时工况示意图及有限元图

    Figure  1.  Illustration of working and finite element view in complex boundary conditions

    图  2  混合边界条件时爆炸气泡实验结果与计算结果对比

    Figure  2.  Experimental and numerical results of bubble in complex boundary conditions

    图  3  平台有限元模型

    Figure  3.  Finite element model of floating shock platform

    图  4  不同水平距离工况示意图

    Figure  4.  Illustration of working conditions at different horizontal dimensionless distances

    图  5  工况2水冢形态演变及平台运动响应

    Figure  5.  Water spike’s shape and evolution process and platform’s motion response in working condition 2

    图  6  工况6水冢形态演变及平台运动响应

    Figure  6.  Water spike’s shape and evolution process and platform’s motion response in working condition 6

    图  7  不同水平位移下平台升沉运动响应

    Figure  7.  Platform’s heave motion response in different horizontal displacements

    图  8  不同水平位移下平台横摇运动响应

    Figure  8.  Platform’s roll motion response in different horizontal displacements

    图  9  不同水平位移下平台横荡运动响应探究

    Figure  9.  Platform’s traverse motion response in different horizontal displacements

    图  10  工况2冲击加速度时历曲线

    Figure  10.  Shock acceleration time history curve of working condition 2

    图  11  冲击波作用时间对冲击响应谱影响对比图

    Figure  11.  Effect of shock wave’s action time on shock spectrum in comparison

    图  12  气泡脉动对冲击响应谱影响对比图

    Figure  12.  Effect of bubble pulsation on shock spectrum in comparison

    图  13  后期波浪对冲击响应谱影响对比图

    Figure  13.  Effect of later wave on shock spectrum in comparison

    图  14  波浪作用对平台加速度响应影响图

    Figure  14.  Later wave’s effect on shock acceleration response time

    图  15  波浪对比时冲击谱参数随冲击因子变化关系

    Figure  15.  Relationship between shock spectrum parameters and shock factor in wave contrast

    表  1  不同水平距离工况布置情况

    Table  1.   Layout of working conditions at different horizontal dimensionless distances

    工况编号炸药当量/kg水平爆距/m竖直爆距/m爆距/m冲击因子C
    工况1600.667.037.061.10
    工况2601.257.037.141.08
    工况3602.487.037.451.04
    工况4604.307.038.240.94
    工况5606.127.039.320.83
    工况6606.717.039.720.80
    工况7607.947.0310.600.73
    工况8609.767.0312.030.64
    工况96011.587.0313.550.57
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    表  2  冲击环境参数与冲击因子关系式

    Table  2.   Relationship between shock response spectrum parameters and shock factor

    冲击环境参数近似拟合曲线方程
    谱速度(Y1)Y1=4.139 4C−0.829 8 (0.4<C<1.0), Y1=18.631 2C−15.410 0 (1.0<C<1.1)
    谱加速度(Y2)Y2=221.35C−55.069 (0.4<C<1.0), Y2=502.28C−341.02 (1.0<C<1.1)
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-19
  • 修回日期:  2019-03-11
  • 网络出版日期:  2019-08-25
  • 刊出日期:  2019-09-01

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