SPH方法模拟水下爆炸研究进展

杨文山，孟晓宇，王祖华

(武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430064)

0 引言

随着SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法在具有材料强度的动态响应问题和具有大变形流体动力学问题上的成功应用，许多学者开始考虑用其模拟水下爆炸的可行性。Swegle［1］最早对SPH方法模拟水下爆炸的可行性进行了论证，发现SPH的无网格性质适合于解决水下爆炸产生的大变形问题，而其拉格朗日性质极易捕捉爆炸运动物质交界面和自由面，在水下爆炸的模拟上具有先天优势，非常适合水下爆炸冲击波阶段的模拟。Liu［2］在SPH方法模拟水下爆炸领域作出了突出贡献，对一维炸药爆轰、二维爆炸气体膨胀、锥形炸药爆炸、二维水下爆炸、水介质缓冲等问题进行了模拟。然而其模拟均是针对自由场爆炸等比较理想的模型，仅能对算法的稳定性、精度、收敛性等进行验证，且仅局限于二维水下爆炸的模拟，无法实现工程应用。

国内杨刚［3］、姚熊亮［4］分别对近自由面水下爆炸和沉底水下爆炸进行了模拟，Xu［5］采用SPH和有限元结合的方法模拟了结构在水下爆炸作用下的响应。以上水下爆炸的模拟均是在一维或二维自由场条件下进行的，且仅涉及到炸药和水等密度差别较小的物质，而工程中的水下爆炸均属于三维问题，存在着自由面、弹性边界及无反射边界，且多为水、空气、爆炸气体、钢等多种密度差异较大物质混合的多相流问题。以上原因使得SPH方法难以解决许多工程问题，例如:舰船接触爆炸、舰船防雷舱……