书籍详情
气泡毁伤动力学
作者：宗智，张弩，李章锐 著
出版社：科学出版社
出版时间：2021-06-01
ISBN：9787030687074
定价：¥119.00
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内容简介
水下爆炸对舰船构成了*严重的威胁。与空气中爆炸不同的是，除了冲击波，水下爆炸还产生威力巨大的气泡，可以造成舰船整体的折断。“二战”以来，气泡毁伤受到高度重视，成为一种重要的击毁舰船的模式。过去半个世纪见证了气泡毁伤数值方法的快速发展。
作者简介
暂缺《气泡毁伤动力学》作者简介
目录
目录
序言
前言
第一部分 概述
第1章 水下爆炸现象和结构毁伤效应 3
1.1 水下爆炸的物理现象 3
1.1.1 冲击波 4
1.1.2 气泡脉动和迁移 5
1.2 气泡毁伤 7
1.2.1 排水量和炸药的关系 7
1.2.2 空中打击与水下打击 8
1.2.3 接触爆炸转向非接触爆炸毁伤模式 10
1.2.4 气泡毁伤模式 13
1.3 研究简述 14
1.3.1 气泡动力学 14
1.3.2 气泡载荷作用下船体梁的总体响应 15
1.3.3 气泡作用下三维结构的动态响应 15
1.4 本书的主要内容.16
第二部分：球形气泡毁伤
第2章 球形气泡动力学 19
2.1 球形气泡动力学理论 19
2.1.1 基本假设 19
2.1.2 简单球形气泡模型 19
2.1.3 气泡在重力作用下的运动.22
2.1.4 自由表面效应 24
2.1.5 气泡阻力 25
2.1.6 球形气泡数值求解方法.26
2.2 气泡的数值计算与验证 28
2.2.1 气泡迁移效应和自由表面效应对气泡特性的影响.28
2.2.2 气泡的运动特征分析 .34
2.2.3 气泡周期与*大半径的验证 35
2.3 本章小结 36
附录A 另一种简单球形气泡模型 37
第3章 球形气泡载荷作用下船体的刚体和弹性响应 39
3.1 船体梁总体响应理论 39
3.2 算例分析1：A船 45
3.2.1 实船模型介绍45
3.2.2 船体梁的位移和弯矩时程响应特征 47
3.2.3 气泡载荷引起的船体梁的共振响应 50
3.3 算例分析2：B船 56
3.3.1 实船模型介绍 56
3.3.2 船体梁的位移和弯矩时程响应特征 57
3.3.3 刚体运动对船体梁的鞭状振动的影响 58
3.4 本章小结 60
第4章 球形气泡载荷作用下船体梁的水弹塑性分析 61
4.1 船体梁的水弹塑性响应理论 61
4.1.1 运动第一阶段：弹性变形与刚体运动 62
4.1.2 运动第二阶段：塑性变形与刚体运动 63
4.1.3 运动第三阶段：弹性变形与刚体运动 67
4.2 算例分析 67
4.2.1 塑性变形开始的位置和时间分析 67
4.2.2 船体梁的水弹塑性响应分析 69
4.3 本章小结 73
第5章 球形气泡载荷作用下三维全船结构的动态响应 75
5.1 全船结构动态响应的流体-结构耦合理论 76
5.1.1 结构响应方程 76
5.1.2 流体表面方程 82
5.1.3 流体结构耦合方法 87
5.1.4 求解方法 88
5.2 计算流程 89
5.3 计算模型与外载荷输入 91
5.3.1 三维实船模型介绍 91
5.3.2 气泡载荷 93
5.4 船体结构动态响应 93
5.4.1 船体结构的垂向响应 94
5.4.2 船体结构的横向响应 101
5.4.3 船体结构的纵向响应 103
5.5 本章小结 105
附录 B 双渐近近似法 105
第三部分：非球形气泡毁伤
第 6 章 变拓扑边界积分法 113
6.1 非球形气泡动力学模型 113
6.1.1 控制方程与边界条件 113
6.1.2 气泡状态方程和运动方程 114
6.1.3 边界条件的无量纲化 115
6.2 控制方程离散及其求解方法 117
6.2.1 控制方程的积分表达式 117
6.2.2 网格构造和形函数的选取 119
6.2.3 单元法向和雅可比函数的计算 123
6.2.4 积分方程的离散 124
6.2.5 核函数的计算 127
6.3 离散表面的数值求解问题 130
6.3.1 节点速度和法向矢量的求解 130
6.3.2 时间步的推进 134
6.3.3 光顺算法的讨论 135
6.3.4 弹性网格算法 139
6.3.5 多连通区域处理 141
6.4 数值计算流程 146
6.5 本章小结 147
第 7 章 变拓扑边界积分法的验证与实证 148
7.1 Lawson 气泡试验的对比 148
7.2 Rayleigh 气泡模型的对比 149
7.3 重力场中气泡的运动对比 150
7.4 方板上方气泡的运动对比 154
7.5 电火花气泡的运动对比 156
7.6 轴对称模型对比.157
7.7 压力场的对比 158
7.8 本章小结 159
第8章 近自由表面的气泡动力学 160
8.1 非封闭网格中的系数阵对角元处理 160
8.2 液面网格的形成和计算效率的提高 164
8.3 物理参量的计算 166
8.4 单个非球形气泡和自由液面的大变形运动 167
8.4.1 算例1：较大自由液面和气泡间距 168
8.4.2 算例2：较小自由液面和气泡间距 170
8.4.3 算例3：浮力参量为δ=0:7 174
8.4.4 算例4：浮力参量为δ=0:8 175
8.4.5 算例5：气泡在浅水中的运动(ζ=1:0) 178
8.4.6 算例6：气泡在浅水中的运动(ζ=0:7) 179
8.5 本章小结 180
第9章 近固壁气泡动力学 181
9.1 流固耦合数值算法 181
9.2 弱奇异积分的改进 185
9.3 非球形气泡在平板结构周围的演化 190
9.3.1 无重力作用下单个气泡在平板上方的演化 190
9.3.2 无重力作用下不同初始位置对气泡演变的影响 194
9.3.3 重力作用下气泡演变 197
9.4 非球形气泡在半限制性空间的演化 200
9.4.1 无重力作用下两平行平板之间气泡演变 200
9.4.2 重力作用下两平行平板之间气泡演变 201
9.4.3 两平行板之间多个气泡演变 203
9.4.4 曲壁面周围非球形气泡演变 205
9.5 本章小结 210
第 10 章 气泡-结构耦合动力学 212
10.1 非球形气泡和三维刚体耦合动力学 212
10.2 六自由度运动方程求解 212
10.3 非球形气泡和三维结构的耦合动力学 216
10.3.1 三维结构动力学方程.216
10.3.2 Wilson-μ法 216
10.4 数值例子 219
10.4.1 气泡-球形结构耦合 219
10.4.2 两个气泡-圆柱结构的耦合 223
10.4.3 气泡-椭球结构耦合 226
10.5 本章小结 232
附录C 旋转坐标系的变换 233
参考文献 237
序言
前言
第一部分 概述
第1章 水下爆炸现象和结构毁伤效应 3
1.1 水下爆炸的物理现象 3
1.1.1 冲击波 4
1.1.2 气泡脉动和迁移 5
1.2 气泡毁伤 7
1.2.1 排水量和炸药的关系 7
1.2.2 空中打击与水下打击 8
1.2.3 接触爆炸转向非接触爆炸毁伤模式 10
1.2.4 气泡毁伤模式 13
1.3 研究简述 14
1.3.1 气泡动力学 14
1.3.2 气泡载荷作用下船体梁的总体响应 15
1.3.3 气泡作用下三维结构的动态响应 15
1.4 本书的主要内容.16
第二部分：球形气泡毁伤
第2章 球形气泡动力学 19
2.1 球形气泡动力学理论 19
2.1.1 基本假设 19
2.1.2 简单球形气泡模型 19
2.1.3 气泡在重力作用下的运动.22
2.1.4 自由表面效应 24
2.1.5 气泡阻力 25
2.1.6 球形气泡数值求解方法.26
2.2 气泡的数值计算与验证 28
2.2.1 气泡迁移效应和自由表面效应对气泡特性的影响.28
2.2.2 气泡的运动特征分析 .34
2.2.3 气泡周期与*大半径的验证 35
2.3 本章小结 36
附录A 另一种简单球形气泡模型 37
第3章 球形气泡载荷作用下船体的刚体和弹性响应 39
3.1 船体梁总体响应理论 39
3.2 算例分析1：A船 45
3.2.1 实船模型介绍45
3.2.2 船体梁的位移和弯矩时程响应特征 47
3.2.3 气泡载荷引起的船体梁的共振响应 50
3.3 算例分析2：B船 56
3.3.1 实船模型介绍 56
3.3.2 船体梁的位移和弯矩时程响应特征 57
3.3.3 刚体运动对船体梁的鞭状振动的影响 58
3.4 本章小结 60
第4章 球形气泡载荷作用下船体梁的水弹塑性分析 61
4.1 船体梁的水弹塑性响应理论 61
4.1.1 运动第一阶段：弹性变形与刚体运动 62
4.1.2 运动第二阶段：塑性变形与刚体运动 63
4.1.3 运动第三阶段：弹性变形与刚体运动 67
4.2 算例分析 67
4.2.1 塑性变形开始的位置和时间分析 67
4.2.2 船体梁的水弹塑性响应分析 69
4.3 本章小结 73
第5章 球形气泡载荷作用下三维全船结构的动态响应 75
5.1 全船结构动态响应的流体-结构耦合理论 76
5.1.1 结构响应方程 76
5.1.2 流体表面方程 82
5.1.3 流体结构耦合方法 87
5.1.4 求解方法 88
5.2 计算流程 89
5.3 计算模型与外载荷输入 91
5.3.1 三维实船模型介绍 91
5.3.2 气泡载荷 93
5.4 船体结构动态响应 93
5.4.1 船体结构的垂向响应 94
5.4.2 船体结构的横向响应 101
5.4.3 船体结构的纵向响应 103
5.5 本章小结 105
附录 B 双渐近近似法 105
第三部分：非球形气泡毁伤
第 6 章 变拓扑边界积分法 113
6.1 非球形气泡动力学模型 113
6.1.1 控制方程与边界条件 113
6.1.2 气泡状态方程和运动方程 114
6.1.3 边界条件的无量纲化 115
6.2 控制方程离散及其求解方法 117
6.2.1 控制方程的积分表达式 117
6.2.2 网格构造和形函数的选取 119
6.2.3 单元法向和雅可比函数的计算 123
6.2.4 积分方程的离散 124
6.2.5 核函数的计算 127
6.3 离散表面的数值求解问题 130
6.3.1 节点速度和法向矢量的求解 130
6.3.2 时间步的推进 134
6.3.3 光顺算法的讨论 135
6.3.4 弹性网格算法 139
6.3.5 多连通区域处理 141
6.4 数值计算流程 146
6.5 本章小结 147
第 7 章 变拓扑边界积分法的验证与实证 148
7.1 Lawson 气泡试验的对比 148
7.2 Rayleigh 气泡模型的对比 149
7.3 重力场中气泡的运动对比 150
7.4 方板上方气泡的运动对比 154
7.5 电火花气泡的运动对比 156
7.6 轴对称模型对比.157
7.7 压力场的对比 158
7.8 本章小结 159
第8章 近自由表面的气泡动力学 160
8.1 非封闭网格中的系数阵对角元处理 160
8.2 液面网格的形成和计算效率的提高 164
8.3 物理参量的计算 166
8.4 单个非球形气泡和自由液面的大变形运动 167
8.4.1 算例1：较大自由液面和气泡间距 168
8.4.2 算例2：较小自由液面和气泡间距 170
8.4.3 算例3：浮力参量为δ=0:7 174
8.4.4 算例4：浮力参量为δ=0:8 175
8.4.5 算例5：气泡在浅水中的运动(ζ=1:0) 178
8.4.6 算例6：气泡在浅水中的运动(ζ=0:7) 179
8.5 本章小结 180
第9章 近固壁气泡动力学 181
9.1 流固耦合数值算法 181
9.2 弱奇异积分的改进 185
9.3 非球形气泡在平板结构周围的演化 190
9.3.1 无重力作用下单个气泡在平板上方的演化 190
9.3.2 无重力作用下不同初始位置对气泡演变的影响 194
9.3.3 重力作用下气泡演变 197
9.4 非球形气泡在半限制性空间的演化 200
9.4.1 无重力作用下两平行平板之间气泡演变 200
9.4.2 重力作用下两平行平板之间气泡演变 201
9.4.3 两平行板之间多个气泡演变 203
9.4.4 曲壁面周围非球形气泡演变 205
9.5 本章小结 210
第 10 章 气泡-结构耦合动力学 212
10.1 非球形气泡和三维刚体耦合动力学 212
10.2 六自由度运动方程求解 212
10.3 非球形气泡和三维结构的耦合动力学 216
10.3.1 三维结构动力学方程.216
10.3.2 Wilson-μ法 216
10.4 数值例子 219
10.4.1 气泡-球形结构耦合 219
10.4.2 两个气泡-圆柱结构的耦合 223
10.4.3 气泡-椭球结构耦合 226
10.5 本章小结 232
附录C 旋转坐标系的变换 233
参考文献 237
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