水下近距非接触爆炸作用下典型横截面舰船结构整体中垂损伤模式及损伤机理

水下近距非接触爆炸会造成舰船整体中垂损伤已得到多途径证实，但关于具体损伤机理及损伤条件的研究尚待深入。本项目拟从先确定舰船典型结构处水下近距爆炸载荷入手，建立有限尺度平板冲击波壁压修正公式及爆炸气泡在刚性边界下的运动理论模型，深入分析爆炸气泡运动引起的低压流场变化特性，为研究典型舰船结构整体运动响应确定载荷条件；在建立水下近距爆炸冲击波作用下弹塑性船体梁整体运动响应计算方法的基础上，结合气泡运动形成的流场压力特性，进一步建立冲击波和气泡联合作用下弹塑性船体梁整体运动响应计算方法；设计两种典型横截面船体梁模型，结合开展理论、试验和数值模拟计算研究，通过改变梁结构参数、爆炸强度参数、爆炸源布置方式，建立典型船体梁整体损伤模式图谱，提出一种同时考虑结构强度和爆炸强度的船体梁运动模式判别方法，确定梁发生中垂损伤的基本条件。

本项目综合运用理论分析、数值仿真和实验研究等手段对水下近距非接触爆炸作用下典型横截面船体梁整体中垂损伤模式及损伤机理进行了研究。主要研究内容及成果如下：.（1）在水下爆炸冲击波作用下无限平板壁压理论计算及有限尺度平板壁压实验研究基础上，提出了一种全入射角度冲击波作用下平板壁压值计算的修正方法，研究了冲击波壁压负压载荷及局部空化特性。.（2）研究了自由边界、弹性边界及刚性边界对水下近距爆炸气泡运动的影响特性，提出了不同边界条件下球状爆炸气泡的适用范围；分别建立了平板边界下球状和非球状气泡运动理论模型，分析了爆炸气泡运动过程中流场压力分布及变化特性，理论证明了结构边界处流体低压区的存在。.（3）以平板边界条件下水下爆炸冲击波和气泡载荷特性研究为基础，建立了冲击波和气泡联合作用下自由弹塑性船体梁整体运动理论模型，分别研究了船体梁全弹性和弹塑性运动模式，特别是深入分析了梁进入塑性运动后反复加载、卸载的响应过程，为后续船体梁在不同爆炸工况下的整体损伤模式研究奠定了理论基础。.（4）设计了两种小比例梁模型和四种大尺度典型横截面船体梁，系统研究了梁在水下近距非接触爆炸作用下的响应过程及损伤特性，提出了船体梁发生中垂损伤、中拱损伤或鞭状运动响应模式的基本条件，初步建立了以结构强度参数和爆炸强度参数为坐标轴的梁损伤模式分布图谱；特别的，当船体梁一阶湿频率与爆炸气泡脉动频率相近，且爆径比参数满足0.65<γ<2.5时，爆炸气泡对梁的中垂弯曲损伤作用大于中拱弯曲损伤，当γ接近1时，气泡对梁的中垂损伤作用最明显。