文章标题：基于S-ALE方法的高速细长体冰下发射数值模拟研究

文章作者：宋明¹, 田博康¹, 陈纪元¹, 李一鸣¹, 柴威²
关 键 字：细长体;层冰;空泡;S-ALE
文章摘要：针对细长体冰下发射过程中结构物载荷特性、空泡演化特性以及层冰动态响应等关键问题，提出了一种基于结构化任意拉格朗日欧拉（Structure-Arbitrary Lagrangian Eulerian, S-ALE）方法的数值模型，用于模拟高速细长体穿越层冰的动态行为特性。首先，通过与落球冲击实验结果对比，校准了冰材料的塑型失效应变和截断压力。其次，利用高速水下弹丸出水实验对S-ALE流固耦合模型的准确性进行了验证。最后，对高速细长体冰下发射进行数值模拟，对细长体的速度变化与空泡演化特性进行了研究，剖析了细长体与层冰碰撞过程中层冰损伤的演变，探讨了不同冰厚对细长体水下发射破冰过程的载荷特性以及能量变化的影响。结果表明，细长体完全穿越层冰时，无冰环境下速度损失率为9.7%，有冰环境下则高达36.3%；随着冰厚度增加，0.15 m厚冰的载荷峰值和吸收能量分别为0.05 m厚冰的4.13倍和3.14倍，表明冰厚度增加会提升层冰的载荷抵抗与能量吸收能力。研究结果可为冰区水下装备设计提供理论支撑。