水下爆炸与舰船结构的相互作用是个复杂的物理现象，水下爆炸所形成的冲击波、气泡以及空化二次加载载荷严重地威胁到舰船结构的生命力。该物理过程涉及到激波捕捉、气液两相间的物态变化、气液多相交界面大变形、非线性瞬态流固耦合、结构的塑性变形等一系列关键的核心问题。为克服冲击波波前失真、压力幅值缺失等固有的计算难点，本文依据声学有限元理论与局部间断伽辽金方法，改进了声固耦合算法，建立了高精度高效率的远场水下爆炸冲击载荷的瞬态流固耦合模型，旨在探究爆炸冲击载荷对结构毁伤的力学机理。针对爆炸气泡载荷的数值计算精度、效率与稳定性不足的问题，本文基于势流理论与显式动力学理论，建立了爆炸气泡与弹塑性结构瞬态全耦合作用的数值模型，研究了爆炸气泡对弹塑性结构的毁伤特性，揭示了气泡与弹塑性结构之间的耦合机理。
　　本文首先对水下爆炸的基本现象进行阐述，明确了国内外的水下爆炸载荷以及爆炸气泡与结构耦合特性的数值研究现状。针对现阶段水下爆炸载荷的精度、鲁棒性以及效率等方面的不足，亟需建立新的数值模型以求解水下爆炸非线性瞬态流固耦合效应，并将其应用于实际工程领域，以研究水下爆炸载荷与舰船结构间的耦合特性。本文第二章阐述了声学有限元的基本理论，基于局部间断伽辽金(LDG)方法，提出了求解远场水下爆炸冲击波载荷的轴对称数值模型。该模型能够敏锐地捕捉到由激波所引起的流场强间断性。本文结合压力截断模型来处理由冲击波反射所形成的空化效应。LDG远场水下爆炸模型可以计算流场中的动压力并且清晰地捕捉冲击波波前间断面，消除非线性空化现象所伴随的数值振荡。与应用间断伽辽金(DG)方法求解欧拉方程相比，本文LDG方法在保证流场载荷结果的准确性条件下，显著地提高了计算效率。通过与结构附近的局部空化解析解对比，验证了本文LDG数值模型的有效性。
　　针对倾斜壁面近水面流域的空化特性问题，本文第三章建立了二维流域内的LDG远场水下爆炸冲击波载荷计算模型，机理性地研究了入射冲击载荷在复杂的流域边界效应下的反射特性，掌握了壁面倾角对爆炸载荷特性以及空化特性的影响规律。研究表明在壁面与自由面边界的联合作用下，壁面形成的正压反射波会使得自由面片空化区域迅速坍塌，并将整个空化区域破裂为小的空化区域，呈现出间断的空化形状。本文还研究了三阶Stokes波浪附近的冲击波空化现象，揭示了波面曲率边界效应对空化特性的影响规律。
　　针对冲击波以及空化载荷作用下的流固耦合效应，本文第四章提出了LDG水下爆炸模型的流固耦合算法，自主编程建立了三维LDG远场水下爆炸流固耦合计算模型，本文将LDG模型爆炸载荷流体求解模块与显式有限元方法建立的结构求解模块相互耦合，对爆炸载荷作用下弹性结构的流固耦合效应进行研究。本文还研究了轴对称工况下球壳浸没水深对其水下爆炸流固耦合效应的影响，以及冲击波载荷对自由面浮体冲击动态响应的影响，总结了浮体湿表面压力载荷的分布规律，探究了浮体表面空化效应的发展趋势。
　　针对以往气泡与弹塑性结构的松耦合作用数值模型计算精度与稳定性不足的问题，本文第五章基于势流理论以及显式动力学理论，提出了爆炸气泡与弹塑性结构的强非线性瞬态流固全耦合理论模型。本文自主编程进行数值研究，运用边界元方法(BEM)模拟爆炸气泡动力学行为，采用显式有限元方法(EFEM)求解结构的非线性瞬态动力学响应。基于加速度势理论，将流体的水动力载荷与结构运动响应解耦，通过耦合结构湿表面处同一时刻的流体域与结构域的状态变量，构建出一组耦合的线性代数方程组。通过求解边界积分方程，爆炸气泡载荷得到了准确可靠的预测，改进了数值计算的精度与稳定性。本文实现了爆炸气泡与弹塑性结构相互作用的非线性瞬态全耦合问题的求解，弥补了气泡与弹塑性结构全耦合理论研究领域的不足。本文数值结果的有效性得到了小当量水下爆炸实验的验证。通过与模态叠加法所建立的流固耦合模型对比，可以发现本文模型显著地提高了计算效率。
　　针对爆炸气泡载荷对结构的毁伤特性问题，本文第六章运用气泡-结构非线性全耦合数值模型，高效准确地研究了气泡与典型舰船结构形式的耦合特性。首先研究了爆距、板厚等参数对气泡与背水平板耦合特性的影响，总结了不同参数下气泡形态特征、爆炸气泡载荷峰值、平板结构振动频率以及幅值的规律，这对于舰船结构的防护研究具有一定参考价值。本文还研究了爆距、结构刚度等参数对气泡与球壳耦合特性的影响，并分析了结构内域流体对气泡-结构耦合特性的影响。最终本文研究了气泡在加筋板结构附近的力学特性，及其对弹塑性边界造成的塑性损伤。