泰坦號觀(guān)光潛艇爆炸，引發(fā)的仿真思考？

據新聞報道，美國一艘“泰坦尼克”號殘骸觀(guān)光潛艇6月份被曝失聯(lián)內爆,5名乘員全部死亡。搜救人員使用遙控探測器在距離“泰坦尼克”號殘骸不遠的海底發(fā)現5塊深潛器的破碎部件，這些碎片與深潛器發(fā)生災難性爆炸的跡象相吻合。目前尚難以確定深潛器發(fā)生爆炸的時(shí)間和原因。

今天在事故原因沒(méi)有出來(lái)之前，我們不妄加猜測，僅從仿真角度淺聊一下潛艇水下爆炸。潛艇在水下爆炸后除了受到?jīng)_擊波一次打擊外，還會(huì )受到爆炸形成的氣泡對其的二次打擊。某些特殊情況下，氣泡的打擊對潛艇而言是致命的。仿真中可以采用“Geers-Hunter”模型和“waveless”模型來(lái)實(shí)現氣泡加載功能，以及基于壓力的空化效應（Cavitation)模型可以很方便的模擬氣泡對潛艇的二次打擊，以及非線(xiàn)性流體的空化效應?；诜抡孳浖艹龅穆晫W(xué)功能，在仿真中模擬空化效應并不會(huì )給模型的計算時(shí)間帶來(lái)很大的變化。在某個(gè)研究項目中對一個(gè)空化模型進(jìn)行了對比計算。模型為190000單元，含空化效應的計算總耗時(shí)為1476秒，不含空化效應的總耗時(shí)為1467秒，但是結果卻有很大的不同。

上圖是一個(gè)典型的氣泡模型，分別是氣泡的半徑和中心的深度隨時(shí)間的變化。國內某研究機構釆用ABAQUS對某型號的艦艇進(jìn)行了水下爆炸的氣泡脈動(dòng)研究，氣泡到達時(shí)間大約是沖擊波到達時(shí)間后的0.6秒。下圖分別是速度、加速度和應力的時(shí)歷曲線(xiàn)。從圖中可以看到氣泡脈動(dòng)對艦船的加速度響應影響很小，由氣泡脈動(dòng)引起的加速度只是沖擊波引起的加速度的1/1或更小。氣泡脈動(dòng)對艦船的應力和速度影響很大，與沖擊波在一個(gè)量級上，甚至比沖擊波引起的還要大。所以在校核潛艇本體在非接觸爆炸載荷作用下的船體總強度的同時(shí)必須計入氣泡脈動(dòng)的影響。

因此，使用仿真技術(shù)對潛艇的性能、行為和響應進(jìn)行模擬和評估,可以幫助研究人員和工程師更好地了解潛艇在不同條件下的運行和應對能力，以及優(yōu)化設計和改進(jìn)潛艇的性能。

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