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自第二次世界大战以来,人们就开始对水下爆炸进行了比较系统的研究,当时主要是从军事角度着重分析水下爆炸现象及水下爆炸对舰船的破坏效应。其开创性工作可以以R.H.Cole于1948年出版的《水下爆炸》为代表[16],它总结了当时有关水下爆炸的实验及理论研究的主要成果,介绍了水下爆炸的现象、物理及化学变化特性、水下爆炸载荷传播及分布特点、水下爆炸的实验研究方法及水下爆炸载荷测试技术,并从理论上探讨了水下爆炸机理,现今人们仍然在广泛使用R.H.Cole的计算公式。20世纪80代以来,随着科技的进步以及人们对国防的重视,水下爆炸问题又重新引起世界各国的重视,有关的理论、实验、数值模拟研究得到了迅速的发展。尤其近年来,随着计算机硬件及计算方法的逐步完善,水下爆炸的数值计算研究得到了迅速的发展,已成为爆炸力学研究的三个基本手段之一。60244
水下爆炸的实验研究现状
基于水下爆炸的复杂性，对其进行详细的理论研究，并通过建立一个比较精确的数学模型而使水下爆炸问题得到完全分析是十分困难的，因此，对水下爆炸进行一些实验研究是具有实际意义的。20世纪80年代以来,国际上积极开展水下爆炸的实验研究，甚至进行了一些实体舰船的测试研究工作。在国内，中国船舶科学研究中心等科研单位也陆续开展了水下爆炸的实验研究工作，对矩形加筋板、钢质圆柱壳等结构，在水下爆炸的动态响应进行了大量的测试工作。但是,由于水下爆炸实验研究存在着周期长、耗费多、成功率低，且大多属于破坏性实验等困难，使得这项研究目前尚未得到广泛开展。水下爆炸的实验测试方法,目前主要有高速摄影技术、水下爆炸载荷测试技术，以及水下爆炸结构响应测试技术。根据测试对象的不同，也可分为模型实验和实物测试两种。
2 水下爆炸的理论分析及数值计算研究现状
多年来，人们积极开展水下爆炸的理论研究，目前水下爆炸引起的船体和水下结构的弹性变形的分析方法已经比较成熟，水下爆炸流场与船体的弹塑性的耦合分析也已经进入工程应用阶段[17]，能量法、水弹性等方法广泛应用于水下爆炸问题计算中。20世纪60年代以后，水下爆炸的数值计算工作发展很快论文网，美国原子能委员会洛斯阿拉莫斯实验室，进行了大量的爆炸力学数值计算工作，采用二维不定常流体和流体弹塑性模型编制了许多实用程序，开创了爆炸力学数值计算工作的先河[18]。爆炸力学问题原则上可以用双曲型偏微分方程组来描述，大部分属于三维和二维不定常问题，它们比通常的流体力学问题、结构动力学问题要复杂得多，再加上要处理材料大变形、复合材料、各种强间断等要求，使数值模拟难度加大，程序十分复杂。为时提供拉格朗日求解器与欧拉求解器,能处理各种流固耦合问题，材料模型丰富，是功能十分强大的大型通用有限元瞬态动力学分析程序[19]。流固耦合问题一直是水下爆炸研究工作中的一个难点，目前水下爆炸流固耦合问题的解决方法主要有三种：一种处理方法是不考虑流固耦合的影响，采用这种方法不可避免地会产生一定的误差；第二种是采用二阶双重渐近近似法(DAA法)、延时势法、可压缩流场边界积分法或附加质量法等近似处理方法,大多将流体产生的力作为“预先确定”的载荷作用在结构上进行分析；第三种是MSC.DYTRAN的精确流固耦合计算方法。这第三种方法是通过直接耦合结构网络(Lagrange网络)和流体材料网络(Euler网络)间的响应自动地、精确地算出流固界面处的物理性质。在这个过程中，一方面，Euler材料流动引起的压力载荷通过耦合算法自动作用到结构的有限元网络上，在这种压力作用下，结构的有限元网络格将发生变形；另一方面结构的变形又反过来影响Euler材料的流动和压力值。这种结构变形和流体载荷的相互影响，使我们得到完全耦合的流体-结构响应[20]。