A fully elastic model for studying submerged circular cylindrical shells subjected to a weak shock wave

Un modèle élasto-dynamique pour l'étude de la dynamique de coques immergées assujetties à une onde de choc de faible intensité.

¹ LEPTIAB, Université de La Rochelle, Avenue Michel Crépeau, 17042 La Rochelle Cedex 1, France
² Dept of Engineering Mathematics and Internetworking, Dalhousie University, Halifax, Canada B3J 2X4
³ Service Technique et Scientifique, DCNS Propulsion Indret, BP 30, 44620 La Montagne, France

Corresponding author: cedric.leblond@univ-lr.fr

Received: 20 April 2009

Abstract

The transient dynamics of evacuated and fluid-filled circular elastic shells, submerged in an infinite fluid medium and subjected to an external weak shock wave, is considered in this paper. This circular shell/acoustic medium interaction problem has already been tackled with simplified thin shell models, based on the Love-Kirchhoff hypotheses for the structural dynamics. In this case, the resulting radiated pressure field displays some discrepancies related to the A₀/S₀ waves when compared to the experimental data available in the literature for the evacuated case. These drawbacks are overcome here by the use of an isotropic elastic model for the structural dynamics and an inviscid acoustic flow for the fluid dynamics, in a two-dimensional framework. The approach is based on the methods of Laplace transform in time, Fourier series expansions and separation of variables in space. For the fluid-filled case, the transient thick shell-weak shock wave interaction problem is explored and the radiated acoustic field described.

Résumé

La dynamique transitoire de coques circulaires vides ou contenant un fluide, immergées dans un milieu fluide infini et assujetties à une onde de choc de faible intensité, est considérée ici. Ce problème d'interaction a déjà été traité dans la littérature à l'aide de modèles de coques minces basés sur les hypothèses de Kirchhoff-Love. Dans ce cas, le champ de pression rayonné par la coque présente des différences significatives par rapport aux données expérimentales disponibles dans la littérature pour une coque vide. Ces lacunes sont éliminées ici par l'utilisation d'un modèle élastique, résolu semi-analytiquement. L'approche est basée sur les méthodes de transformations de Laplace en temps, expansions en série de Fourier et séparations des variables en espace. Dans le cas d'une coque remplie de fluide, le problème d'interaction transitoire est exploré et le champ rayonné est décrit.