多年来,水下爆炸的理论研究热度从未削减,该领域的研究工作取得了突出成绩,能量法、水弹性等方法普遍应用于水下爆炸的计算分析中。
1。2。2水下爆炸试验研究的历史及现状
水下爆炸是一个非常复杂的学科,想要充分地研究水下爆炸,并形成比较全面的学术体系,纯粹的理论分析已无法满足现实的需求。随着科学技术的不断提高与发展,20世纪70年代以来,各国研究员开始积极进行一系列试验来验证并完善已提出的理论及公式。现如今,高速摄影技术、水下爆炸载荷测试技术、水下爆炸结构响应测试技术已成为最主流的水下爆炸试验研究方法。
H。G。Snay[15](1962)细致描述了使用爆炸性相似法则进行水下爆炸的基本条件和使用要领;S。A。Temkin[16](1988)在试验中发现水下爆炸冲击波超压峰值的非线性滞后是由自由表面发射导致的;AkioKim[17](1999)和T。P。Liddiard[18](1983)先后利用高速摄影技术和压力传感器,得到了大量球型药包在水中爆炸时的现象,并由此总结出了冲击波的传播规律;钱胜国[19(]1983)研究了近自由面对冲击波传播的影响,发现了自由液面的截断效应,确定了爆深与爆炸能量逸出的关系;李国华[20](2004)对水下爆炸与试验中浮动冲击平台的弹簧片应变之间的关系进行了研究;朱锡、牟金磊[21,22](2010)分析了水下爆炸冲击波及气泡的脉动特性,直接观察水下爆炸气体产物的产生与脉动过程,得到了不同药量水下爆炸的气泡最大半径和第一次脉动周期;金辉[23,24](2009)进行了对船体结构在自由水压力场中和水底爆炸中的工况的研究。
近年来,由于试验技术的广泛推广与应用,水下爆炸研究取得了较长远的发展,在不断改进冲击波的理论方法及经验公式的基础上,根据不同边界情况下冲击波的适用条件进行修改完善。
3、水下爆炸数值模拟的历史及现状
虽然理论分析和试验研究相结合的研究方法使水下爆炸研究得到了很大的进展,但是理论分析所涉及的情形大多过于简单且大量假设条件存在着很大的局限性,而试验研究的成本也相对较高,这一直是研究的难关。二十世纪七十年代后,随着计算机硬件及技术的发展,数值模拟技术开始兴起。
(1)装药爆轰过程的数值计算装药爆轰过程的理论研究并不是很多,爆轰过程中存在将激波当作厚度为零的不连续面,所以需要加入人工黏性项使不连续面变得光顺,从而降低离散误差,提高稳定性,以消除可能出现的不连续性,但是数值计算结果并未因此与实际情况有很大的出入,却使编写计算程序方便了许多。
(2)冲击波产生和传播过程的数值模拟
J。R。Britt[25](1971)等假设水底为弹性,运用线性球体波动理论编写了BOTREF程序,用来计算冲击波在水底的反射情况;Wllihtam[26](1973)改进了半无限水介质中的自由面对冲击波的反射影响,使计算变得简便了许多;S。K。Chan[27](1992)为了提高计算冲击波在无限水域中传播效应的精度与效率,对有限元网格模型进行了改进;符松[28](1995)等采用NND差分格式及位标函数计算法对近水面水下爆炸进行了数值模拟;田跃华[29](2002)等考虑了冲量、能量的影响,根据试验结果及所得的p(f)关系式,得到两个计算浅水爆炸有效破坏半径的公式;张振华[30](2004)等通过修改水介质的状态方程参数,提高了冲击波峰值应力,降低了利用MSC。DYTRAN进行数值模拟时的单元格划分数和计算时长。
(3)气泡形成和脉动过程的数值模拟
J。B。Keller[31](1956)在进行气泡衰减计算时,调整了水介质的可压缩性能,发现气泡半径呈非线性变化;G。L。Chahine、K。M。Kalumuck(2003)[32]和E。Klaseboerk[33]