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摘要
深海潜器常携带中空浮球来为其提供浮力。陶瓷因其高强度、低密度等优点成为浮球的理想材料。然而，中空结构在外部的高压环境易发生内爆，产生的内爆波会对周围结构产生毁灭性损害。为了探索浮球内部初始气压对内爆波的影响，首先利用气泡动力学对不考虑球壳影响时进行了理论分析。得到内爆波压力脉冲沿径向以指数-1衰减，并指出其物理意义和隐含假设。进而从能量分析得到，增加内压使压缩空气消耗的能量增加，从而减弱释放到水中的压力波能量。其次，采用三相流固耦合有限元模型进行计算，考虑水的可压缩性和球壳因挤压引起的脆性破裂的影响，得到更为接近实际的内爆压力的分布。由于两侧挤压球壳，外部的水在不断扩大的缺口处产生向内的射流，造成内部气体非球形塌缩，以及后续压力波呈现出与球壳碎裂方式有关的方向性差异。通过有限元模型对内部初始气压的研究表明，增加初始内部气体压力到1 MPa时，压力脉冲在球壳表面处下降了15.6%～24.8%。这一结果表明，在几乎不增加浮球重量的条件下，增加内部初始气压具有很好的抑制近端内爆波强度的效果。
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单位海洋工程国家重点实验室; 上海交通大学; 建筑工程学院
