Abstract
Because the water exposed to shock waves caused by an underwater explosion cannot withstand the appreciable tension induced by the change in both pressure and velocity, the surrounding water is cavitated. This cavitating water changes the transferring circumstance of the shock loading. Three phenomena contribute to hull-plate damage; initial shock loading and its interaction with the hull plate, local cavitation, and local cavitation closure then shock reloading. Because the main concern of this paper is local cavitation due to a near-field underwater explosion, the water surface and the waves reflected from the sea bottom were not considered. A set of governing equations for the structure and the fluid were derived. A simple one-dimensional infinite plate problem was considered to verify this uncoupled solution approach compared with the analytic solution, which is well known in this area of interest. The uncoupled solution approach herein would be useful for obtaining a relatively high level of accuracy despite its simplicity and high computational efficiency compared to the conventional coupled method. This paper will help improve the understanding of fluid-structure interaction phenomena and provide a schematic explanation of the practical problem.
수중폭발로 인해 발생된 충격파에 노출된 유체(대부분 해수)는 유체장 내 압력과 속력 등의 물리적 변화에 따른 장력을 견딜 수 없으므로 캐비테이션(기포 또는 기공)이 발생하게 되고 이때 발생된 캐비테이션은 수중폭발의 연쇄 과정 중 구조물에 미치는 충격하중의 전달 환경을 변화시킨다. 폭발물과 구조물 간의 거리가 비교적 가까워 선체구조의 국부적 손상에 관심을 가지는 근거리 수중폭발연구에서 관심을 가지는 물리적 현상은 크게 3가지로 초기충격파 그리고 그것과 선체구조와의 상호작용, 국부 캐비테이션, 국부 캐비테이션 폐쇄 후 2차 충격파이다. 본 논문의 관심은 근거리 수중폭발에 따른 국소 캐비테이션이므로 수면과 해저로부터의 반사파는 고려하지 않는다. 유체와 구조에 관한 각각의 지배 방정식을 유도하고 이를 간단한 1차원 무한평판 문제에 적용, 수치적으로 해석하여 엄밀해와 비교해봄으로써 제안된 비연성 해석방법을 검증한다. 비연성 해석방법은 유체-구조 결합 해석방법보다 계산상 효율이 높으며 간단함에도 불구하고 상대적으로 높은 수준의 정확도를 얻을 수 있다는 점에서 유용하다. 본 논문을 통해 수중폭발과 같은 복잡한 물리적 상황에서의 유체-구조 상호작용 현상에 대한 이해와 실질적인 문제에 개념적 이해를 높이는 데 도움이 될 것이다.