现代海战中反潜技术的提升,使得潜艇在执行任务过程中受到水下武器的严重威胁。然而由于水下爆炸载荷与潜艇结构的复杂性,现有研究对水下爆炸载荷作用下潜艇结构毁伤特性的认知仍有不足,严重制约着现代潜艇抗冲击能力的提升。水下爆炸实验是最可靠的研究手段,本文以水下爆炸中潜艇的安全性为工程背景,以水下爆炸载荷与潜艇加筋圆柱壳结构为研究对象,采用缩比模型实验辅以数值仿真的方法,研究水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳结构的毁伤特性。本文首先针对水下爆炸冲击波、爆炸气泡载荷及其作用下圆柱壳结构响应问题,分别从理论、数值和实验方面回顾了国内外的研究进展情况,重点对圆柱壳结构毁伤问题进行介绍,分析现有爆炸载荷、静水压力、空化二次加载耦合作用机理及加筋圆柱壳结构毁伤特性实验与数值研究中的不足,阐明开展水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳结构毁伤特性实验研究的意义并确定本文研究路线与结构框架。对水下爆轰理论及冲击波、气泡脉动作用原理进行论述,对单层圆柱壳冲击波反射和计及静水压力的双层圆柱壳冲击波透射进行理论推导;基于冲击波透射理论,设计深水爆炸环境实验模拟方法,针对不同形式、不同壁厚的加筋圆柱壳局部毁伤问题,根据水下爆炸相似理论设计计及静水压力的潜艇舱段结构毁伤实验缩比模型与实验方案;针对加筋圆柱壳总体毁伤问题,基于周期比相似原则,提出潜艇总体结构毁伤实验缩比模型的构建方法与实验方案;对水下爆炸实验中数据测量系统、线缆与仪器的安全防护、实验模型吊装下水和实验操作流程等问题进行分析并给出解决方案,为后续开展水下爆炸实验提供技术保障。根据局部毁伤实验缩比模型,建立单、双层加筋圆柱壳数值模型,基于任意拉格朗日欧拉方法对加筋圆柱壳结构在水下非接触爆炸作用下的冲击波阶段与气泡脉动阶段的全过程进行数值模拟,分析总结冲击波在不同形式圆柱壳结构及相邻水域中的传播规律、爆炸气泡载荷对加筋圆柱壳作用机理以及加筋圆柱壳结构的毁伤模式,分析冲击波载荷作用下加筋圆柱壳结构的动响应与空化效应耦合特性;对单、双层圆柱壳结构肋骨塑性损伤规律进行分析,对比内、外肋骨对圆柱壳抗爆性能的影响;总结水下爆炸各因素及结构参数对加筋圆柱壳结构响应的影响规律。对水下接触爆炸冲击波作用下单层加筋圆柱壳模型与双层加筋圆柱壳模型的毁伤进行数值模拟,通过分析不同形式加筋圆柱壳结构冲击破口形状及产生与撕裂过程,探究加强筋对圆柱壳结构毁伤模式的影响,并讨论水下爆炸影响因素和结构各参数对加筋圆柱壳破口尺寸、毁伤模式等影响规律;基于冲击波毁伤破口基础上,对后续水下爆炸气泡在破口附近的运动过程进行数值模拟,分析破口附近气泡受圆柱壳内外压力差作用下的气泡脉动射流状态及对其对破口结构的再毁伤特性。开展水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下不同形式、不同壁厚加筋圆柱壳的局部结构响应与毁伤特性系列实验研究。针对中、近场水下爆炸,探究静水压力的改变对结构响应与毁伤模式的影响;对自由场压力载荷、壳体壁面压力载荷实验数据进行分析,在数值仿真研究基础上进一步分析水下爆炸载荷对加筋圆柱壳的作用机理及在附近流场中的传播规律,探讨加筋圆柱壳结构的空化二次加载特性,并结合结构加速度、塑性毁伤和应变等实验数据探究加筋圆柱壳结构毁伤模式及响应规律;应用HHT方法处理自由场压力、结构壁面压力及加速度信号,分析冲击波载荷、空化二次加载及气泡载荷的时频特性及各载荷在传播过程中的能量耗散机理;通过实验与数值仿真结果对比验证数值方法的有效性。对水下爆炸气泡与加筋圆柱壳总体模型流固耦合过程进行数值模拟计算,总结爆炸气泡与加筋圆柱壳结构的相互作用机理;分析不同条件下的爆炸气泡形态、总体损伤特性及毁伤模式,并讨论水下爆炸与结构各参数对加筋圆柱壳结构总体响应的影响规律;开展加筋圆柱壳结构在水下爆炸气泡载荷作用下的总体毁伤特性实验研究,分析自由场压力信号与应变数据,探究爆炸气泡载荷作用下圆柱壳鞭状运动及极限状态下的失稳毁伤模式,验证气泡载荷对加筋圆柱壳结构的总纵强度毁伤有效性,并对数值方法进行验证。