基于间断迦辽金法的近场水下爆炸载荷特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51479041
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    84.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1102.船舶工程
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

With the accuracy and power rising of underwater weapons, warship structures have large probability to be damaged by near-field underwater explosion. In the near-field underwater explosion, there is the strongly coupling between shock wave,bubble and boundary. Structure will have large velocity in moment impacted by the shock wave and reflect the rarefaction wave to form cavitation.The existence of cavitation will change the characteristic impedance of medium near the structure and affect the load characteristics.And the bubble near discontinuous boundary formed by damaged structure will be broken and generate irregular jet.Thus the complex system with the coupling between gas,water and solid is formed bringing a serious of nonlinear problem including strong discontinuity,large deformation and so on. To solve these problem, the tranditional finite element method and boundary element method will meet great challenge.Therefore, based on the fluid-strcuture theory, the dynamics model of near-field underwater explosion is established and solved with discontinuous galerkin method combined with finite element method.With the model,nonlinear large deformation of bubble and influence of cavitation on the load characteristics is researched. And the interaction mechanism between shock wave, cavitation, bubble and various boundaries is explored.The main research contents of the project include: 1) three-dimensional near-field underwater explosion model based on discontinuous galerkin method; 2) the study on dynamics characteristics of bubble near discontinuous boundary; 3) the study on load law of near-field underwater explosion considering cavitation state characteristics; 4) experiment for influence of cavitation effect and bubble dynamics near discontinuous boundary.
随着水下兵器精准度及威力的提升,舰船结构遭受近场水下爆炸毁伤的概率增加。近场水下爆炸中存在冲击波、气泡与边界的强烈耦合。冲击波使结构瞬间拥有极大速度并反射稀疏波形成空穴,改变结构附近的介质特征阻抗比,影响载荷特性;而气泡在受损结构构成的不连续边界附近会发生破碎及不规则射流。由此形成气液固三相耦合的复杂系统,存在强间断、大变形等强非线性问题,传统有限元法、边界元法在求解该问题时均面临巨大挑战。为此,本项目基于流固耦合基本理论建立近场水下爆炸动力学模型,联合间断迦辽金法和有限元法进行求解,研究气泡非线性大变形及空穴对载荷特性的影响,探索冲击波、空穴、气泡与边界的相互作用机理。主要研究内容包括:1)基于间断迦辽金法的三维近场水下爆炸模型;2)不连续边界附近气泡动态特性研究;3)计入空穴物态特性影响的近场水下爆炸载荷规律研究;4)空穴效应及不连续边界附近气泡动态特性实验研究。

结项摘要

随着水下兵器精准度及威力的提升,舰船结构遭受近场水下爆炸毁伤的概率增加。近场水下爆炸中存在冲击波、气泡与边界的强烈耦合。冲击波使结构瞬间拥有极大速度并反射稀疏波形成空穴,改变结构附近的介质特征阻抗比,影响载荷特性;而气泡在受损结构构成的不连续边界附近会发生破碎及不规则射流。由此形成气液固三相耦合的复杂系统,存在强间断、大变形等强非线性问题,传统有限元法、边界元法在求解该问题时均面临巨大挑战。为此,本项目基于流固耦合基本理论建立近场水下爆炸动力学模型,联合间断迦辽金法和有限元法进行求解,研究气泡非线性大变形及空穴对载荷特性的影响,探索冲击波、空穴、气泡与边界的相互作用机理。主要的研究方法与成果如下。.首先,针对近场水下爆炸问题,基于非线性欧拉方程组,采用计及流场强可压缩性的高分辨率、高精度的近场水下爆炸RKDG数值计算模型。采用RKDG方法进行空间离散求解欧拉方程,捕捉流场中的强间断冲击波。同时,利用LSM捕捉运动界面,并将联合GFM解决强间断问题。基于上述理论和数值模拟结果,开展了近场水下爆炸模型和不连续边界附近气泡动态特性的研究。.其次,针对柱形装药近场水下爆炸冲击波载荷及其对弹塑性结构的冲击响应等瞬态流固耦合问题,本文基于高分辨率、高精度的RKDG数值方法,引入空化模型,建立RKDG水下近场爆炸模型,研究空化的产生以及溃灭过程。在此基础上,提出计及近边界空化效应的RKDG-FEM瞬态流固耦合数值计算方法,研究柱形装药近场水下冲击波载荷特性和冲击波在爆轰气体及自由液面或壁面边界间的传播规律及近边界处的空化载荷特性。.最后,针对强可压缩流场,以间断迦辽金法作为流场求解器,提出一种基于Level Set方法及Ghost Fluid方法且计入近边界空化效应的瞬态流固耦合数值计算方法,得到了考虑空穴效应及不连续边界附近气泡动态特性。.本项目为近场水下爆炸对舰船结构的毁伤机理研究提供理论参考和基础支持。

项目成果

期刊论文数量(37)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
水下爆炸气泡及其对结构毁伤研究综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国舰船研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚熊亮;刘文韬;张阿漫;刘云龙
  • 通讯作者:
    刘云龙
近场水下爆炸作用下金属夹芯结构的动响应分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    船舶
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张亭亭;田正东;陈莹玉
  • 通讯作者:
    陈莹玉
Far-Field Noise Induced by Bubble near Free Surface
自由表面附近气泡引起的远场噪声
  • DOI:
    10.1007/s13344-018-0003-3
  • 发表时间:
    2018-02
  • 期刊:
    China Ocean Engineering
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Ye Xi;Li Jiang tao;Liu Jian hua;Chen Hai long
  • 通讯作者:
    Chen Hai long
An Analytical Solution for Dynamic Response of the Plate with Different Impedances Subjected to Underwater Explosion
水下爆炸作用下不同阻抗板动态响应的解析解
  • DOI:
    10.1007/s13344-016-0022-x
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    China Ocean Engineering
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Chen Ying-yu;Yao Xiong-liang;Xiao Wei;Xiao Wei;Xiao W;Xiao W
  • 通讯作者:
    Xiao W
Free Vibration Analysis of Circular Cylindrical Shells with Arbitrary Boundary Conditions by the Method of Reverberation-Ray Matrix
任意边界条件圆柱壳自由振动的混响射线矩阵法分析
  • DOI:
    10.1155/2016/3814693
  • 发表时间:
    2016-02
  • 期刊:
    Shock and Vibration
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Tang Dong;Wu Guoxun;Yao Xiongliang;Wang Chuanlong;Wu GX
  • 通讯作者:
    Wu GX

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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    姚熊亮
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 作者:
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    姚熊亮
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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