泰坦號觀光潛艇爆炸，引發(fā)的仿真思考？

據(jù)新聞報道，美國一艘“泰坦尼克”號殘骸觀光潛艇6月份被曝失聯(lián)內(nèi)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(yuǎn)的海底發(fā)現(xiàn)5塊深潛器的破碎部件，這些碎片與深潛器發(fā)生災(zāi)難性爆炸的跡象相吻合。目前尚難以確定深潛器發(fā)生爆炸的時間和原因。

今天在事故原因沒有出來之前，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”模型來實現(xiàn)氣泡加載功能，以及基于壓力的空化效應(yīng)（Cavitation)模型可以很方便的模擬氣泡對潛艇的二次打擊，以及非線性流體的空化效應(yīng)?；诜抡孳浖艹龅穆晫W(xué)功能，在仿真中模擬空化效應(yīng)并不會給模型的計算時間帶來很大的變化。在某個研究項目中對一個空化模型進(jìn)行了對比計算。模型為190000單元，含空化效應(yīng)的計算總耗時為1476秒，不含空化效應(yīng)的總耗時為1467秒，但是結(jié)果卻有很大的不同。

上圖是一個典型的氣泡模型，分別是氣泡的半徑和中心的深度隨時間的變化。國內(nèi)某研究機(jī)構(gòu)釆用ABAQUS對某型號的艦艇進(jìn)行了水下爆炸的氣泡脈動研究，氣泡到達(dá)時間大約是沖擊波到達(dá)時間后的0.6秒。下圖分別是速度、加速度和應(yīng)力的時歷曲線。從圖中可以看到氣泡脈動對艦船的加速度響應(yīng)影響很小，由氣泡脈動引起的加速度只是沖擊波引起的加速度的1/1或更小。氣泡脈動對艦船的應(yīng)力和速度影響很大，與沖擊波在一個量級上，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(qiáng)度的同時必須計入氣泡脈動的影響。

因此，使用仿真技術(shù)對潛艇的性能、行為和響應(yīng)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(yùn)行和應(yīng)對能力，以及優(yōu)化設(shè)計和改進(jìn)潛艇的性能。

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