水下爆炸前期流场和潜水结构动态响应的三维数值研究

主要内容是：（1）水下爆炸前期流场全过程数值模拟。即炸药点火和爆轰、气泡（爆轰产物气体）膨胀和冲击波产生与传播。采用高精度格式求解带有限反应速率的多组分Euler方程，得到炸药点火和爆轰流场。采用五阶WENO格式求解level set方程得到气泡界面运动，采用MGFM、rGFM方法描述气水、边界条件。采用PPM格式求解ALE方程得到水和产物气体流场。（2）潜水结构动力学响应。采用FEM求解Lagrange坐标系的虚功原理，得到结构变形、裂纹扩展等。流、固耦合由相界面约束条件确定。特色是：（1）将level-set方法推广到复杂域气泡（群）模拟，基于近似Riemann问题建立高密度比气、水界面边界条件。（2）已有文献是针对水下爆炸某个或几个过程，而不是前期阶段全过程。意义是：认识相关的流动机理和气泡演化，得到三维计算软件，为评价水中兵器毁伤效应和提高潜水结构抗冲击防护提供数据和理论指导。

针对水下兵器及水下结构防护等应用需求，为研究水下爆炸过程存在的爆轰、气水固界面及冲击波传播的规律和机理，本课题在已有程序基础上，通过改进程序、组合不同类型模块的程序，实现了水下爆炸的全过程数值模拟，计算获得近场水下爆炸的冲击波流场演化过程的图像。完成了项目的计划研究内容。计算得到自由流场中水下爆炸冲击波随半径的衰减与Core公式一致，冲击波在水下结构表面的透射反射，引起结构的变形落后于透射冲击波的传播。为进一步开展全尺寸数值模拟打下了良好基础，也为开展水下兵器及潜水结构研究初步建立了数值分析平台。