近场水下爆炸中气泡-结构相互作用的计算分析
流体动力学
2023-09-15 v1 应用物理
计算物理
摘要
水下结构对近场爆炸的响应与爆炸气泡及周围水的动力学耦合。这一多相流固耦合过程通过一个以薄壁铝圆柱体的屈服和坍塌为特征的模型问题进行研究。采用了一个最近开发的、将可压缩流体动力学求解器与结构动力学求解器耦合的计算框架。流固界面和液气界面使用嵌入式边界和水平集方法进行追踪。通过求解一维双材料 Riemann 问题来强制执行跨界面的守恒律。在不同测试案例中，爆炸气泡内的初始压力变化了两个数量级。发现了三种不同的坍塌模式，包括一种水平坍塌（即一个瓣片向炸药方向延伸），这看似违反直觉，但在之前的实验室实验中已被观察到。由于模式的转变，结构达到自接触所需的时间并不随爆炸强度的增加而单调递减。通过可视化流场、气泡动力学和瞬态结构变形，阐明了每种坍塌模式及模式转变的原因。结果表明，爆炸气泡收缩产生的压力脉冲对结构的坍塌有显著影响。结构振动与气泡振荡之间的相位差影响着结构的坍塌模式。此外，瞬态结构变形对气泡动力学有明显影响，导致双向相互作用。观察到一个背离结构的液体射流。与气泡在刚性壁附近坍塌产生的液体射流相比，该射流方向相反。
引用
@article{arxiv.2211.15756,
title = {Computational Analysis of Bubble-Structure Interactions in Near-Field Underwater Explosion},
author = {Wentao Ma and Xuning Zhao and Christine Gilbert and Kevin Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.15756},
year = {2023}
}