鱼雷近场爆炸复杂载荷及对舰船毁伤模式

为科学评估鱼雷水下爆炸对舰船毁伤效能,基于非线性显式动力学分析软件LS-DYNA建立近边界水下爆炸数值分析模型。将近自由液面边界条件下的爆炸载荷计算结果与文献［6］经验公式及文献［17］试验结果对比,验证所建立的数值模拟方法能较好地反映近场水下爆炸的冲击波压力及多次气泡脉动过程。利用该技术构建与实战边界条件贴近的数值仿真模型,计算并分析多工况下鱼雷近场爆炸对舰船的毁伤模式。研究结果表明：近场不同边界条件对水下爆炸气泡脉动载荷具有重要影响;不同工况下冲击波、气泡脉动及水射流载荷与舰船结构存在复杂的耦合作用;鱼雷在近场不同工况下对舰船的作用展现出了不同的能量输出结构,与舰船最终的毁伤模式密切相关,且存在最优爆距使鱼雷作用于舰船的总能量最大。     

水下爆炸冲击波毁伤鱼雷壳体结构的数值仿真研究

运用ANSYS／LS-DYNA程序对鱼雷壳体结构在近场水下爆炸冲击波作用下的毁伤过程进行了数值仿真，研究了鱼雷壳体的毁伤规律，分析了鱼雷内部构件的存在对于鱼雷壳体毁伤的影响，研究了鱼雷不同舱室壳体的易损性。仿真结果表明：在近场水下爆炸冲击波作用下，鱼雷壳体的毁伤具有局部性特点；内部构件对于鱼雷壳体的动态响应有显著影响，在仿真时必须考虑内部构件；鱼雷不同舱室壳体的易损性有较大差别，对于文中的鱼雷而言，在同样的冲击载荷作用下，鱼雷控制舱壳体的塑性变形较大，而后舱壳体更易产生等效应变。     

兵器近场水下爆炸对目标的毁伤特性研究

近场水下爆炸气泡在壁面Bjerknes力和浮力的共同作用下产生朝向结构的高速射流。此时,气泡脉动由于受物面影响,其作用并不明显,所以近场兵器爆炸产生载荷主要为冲击波和气泡射流载荷。文中将气泡射流形状等效为水柱射流,基于水锤理论得到气泡射流载荷。同时采用GeersHunter半经验半解析模型得到冲击波载荷。将冲击波和气泡射流的总载荷加载到近场结构上,采用声固耦合原理计算舰船结构的响应,得到了兵器近场水下爆炸对目标的毁伤特性。     

水下爆炸近场压力特性及其与结构的流固耦合作用

鱼雷等水中兵器的水下近场爆炸是航母舷侧防护结构遭受的主要攻击。水下爆炸近场载荷与结构产生复杂的流固耦合作用,强非线性耦合作用下的流场载荷特性及其对结构的毁伤机理等问题仍有待于进一步认识,可靠的试验及数值模拟手段还很缺泛。基于LS-DYNA的ALE方法,建立水下爆炸流场与结构流固耦合作用的有限元计算模型,计算了近场流固耦合作用的全物理过程,以及冲击波、空化闭合脉冲、气泡脉动及水射流等载荷的时空特性。与试验结果对比,验证了计算模型具有较好的计算精度。     

基于并行计算的某战斗部中近场毁伤能力仿真研究

以高性能集群系统为并行计算平台和并行版ABAQUS软件为研究手段,对某战斗部中近场毁伤能力进行数值模拟。分析了不同水深情况下船底正下方爆炸和舷侧爆炸对靶船的毁伤效果,得出了不同的毁伤特点。根据靶船毁伤结果,总结出舰船结构的薄弱部位。本研究可为水中兵器毁伤能力考核和舰船抗毁伤设计提供参考。     

沉底水雷毁伤能力研究

为了科学准确评价沉底水雷的毁伤能力,研究了水下爆炸对舰船的破坏作用、舰船破坏标准、沉底水雷打击能力设计指标及水雷毁伤战例,分析了沉底水雷毁伤能力工程设计标准与战例中舰船毁伤的吻合情况;结果发现：对于新型装药沉底水雷对现代作战舰艇的毁伤情况,目前的沉底水雷毁伤能力工程设计标准应用有较大的局限性;标准忽视了装药爆炸能量输出结构差别、舰船结构特性及防护能力差别对毁伤效果的影响,因而不适用于新型装药水雷对现代舰艇的毁伤情况;提出了水雷毁伤能力能量评价方法和评估模型,在实船试验基础上建立舰船能量破坏标准,以此来评价水雷的毁伤能力。     

基于效应靶的装药水下近场爆炸威力评估方法

为了评估装药水下近场爆炸威力, 将威力评估与结构毁伤联系起来,提出了效应靶方法。通过对边界可滑移圆板的试验和理论研究,建立并验证了靶板变形计算方法,获得了近场爆炸能量时序分配特性。提出了无量纲化的威力损伤因子,用以建立不同靶板的等效关系。在此基础上,初步设计了基于效应靶的装药近场威力评估试验设计和试验方法。试验结果表明,在近场爆炸范围内,随着爆炸距离增加,冲击波和气泡两个作用阶段的变形能比例为先快速减小再趋于平缓变化。与常规威力评估方法相比,效应靶评估方法更能体现装药水下近场爆炸威力的破坏作用。     

国外舰艇抗水下爆炸研究进展

分析了水下爆炸对舰艇破坏的特点和开展舰艇抗水下爆炸研究的意义。从理论研究、试验研究、仿真计算研究、毁伤评估和规范标准研究、抗冲击防护研究5个方面对国外舰艇抗水下爆炸研究情况进行了综述,并提出我国要加强舰艇抗水下爆炸研究的建议。     

半穿甲炮弹对小型舰船目标毁伤效能评估研究

以新型大口径舰炮武器系统综合论证和作战效能评估为背景,研究大口径半穿甲炮弹对典型小型舰船目标的毁伤效能评估问题。对典型舰船进行目标特性分析,设计了两种典型船体靶板毁伤试验及数值仿真,明确了靶板破坏形态和破口直径,并由此验证了数值仿真模型及材料参数的准确性。在此基础上进行实尺度半穿甲炮弹对典型舰船侧舷毁伤的数值仿真,得到了半穿甲炮弹起爆位置及着角对舰船侧舷的毁伤特性数据。进而提出了炮弹炸点位置与侧舷结构毁伤后舱室进水情况的判据,建立了半穿甲炮弹作用于舰船目标的终点毁伤效能数学模型。以典型中小型舰船为实例进行了计算,结果表明提出的数学模型可用于分析半穿甲炮弹命中精度、起爆位置和着角等对舰船目标的毁伤效能,当炮弹着角为45°、起爆相对位置为0.5L时对舰船结构毁伤效果最好,解决了大口径半穿甲炮弹对典型中小型舰船目标毁伤效能评估的关键技术,可为新型舰炮武器系统综合论证和作战效能评估提供一定技术支撑。     

近场水下爆炸作用下箱形梁整体损伤特性研究

当水下近距爆炸载荷对舰船产生耦合激励作用时,舰船的总体损伤特点是一个值得深入研究的问题。以水面箱形梁模型为研究对象,建立了梁模型在水下近距爆炸载荷作用下动态响应的有限元仿真方法,最后利用数值仿真和具体试验相结合的方法,对自由梁在水下特定爆炸工况下的整体损伤特性进行了研究。结果发现：数值计算结果和试验结果具有较好的一致性;在爆炸气泡脉动频率与梁模型一阶湿频率相近的条件下,随着爆径比的增大,梁的整体响应状态由整体中垂塑性弯曲转变为鞭状运动。     

反鱼雷鱼雷毁伤效果计算分析

水下爆炸冲击下的鱼雷结构动力学响应特性研究和对来袭鱼雷毁伤效果的评定对反鱼雷鱼雷研究具有重要的应用价值.本文以MSC.Dytran有限元计算分析软件为平台,建立了ATT攻击对象的结构有限元计算模型、ATT的炸药模型以及水域模型,并进行了仿真计算,得出了炸药水中爆炸形成的冲击波的传播和作用过程,以及冲击波作用在雷体上的动态响应过程,分析了不同施爆距离、不同水下深度对雷体动态响应的影响.并参考国内外目前普遍应用的舰艇毁伤标准,根据假想模型的仿真计算结果,进行了ATT硬毁伤半径和软毁伤半径的评定,初步得出了ATT对来袭鱼雷的毁伤规律.     

水下目标爆炸毁伤时战斗部相似律仿真与试验

在进行水中兵器战斗部对目标的爆炸毁伤试验时,为了确定能否由缩比战斗部对目标的毁伤效应推广预测原型战斗部,根据相似理论首先确立了战斗部尺寸、冲击波测点距离以及靶板距离采用相同缩比时的几种研究模型,然后通过数值仿真结合水下爆炸试验测试的方法,计算了冲击波压力与靶板应变,并进行了比较分析。结果表明,各研究模型的仿真结果与试验结果吻合较好,各模型对应的冲击波压力与靶板应变之间的偏差都很小,说明满足相似律的缩比模型能够预测原型战斗部对水下目标的爆炸毁伤特性。本文结论为战斗部水下爆炸的威力评估提供了依据。     

水下近场爆炸冲击波作用下光测设备防护平台动态响应特性研究

以水下爆炸试验光学测量为研究背景,在水下近场爆炸冲击波作用下光学设备防护平台结构设计的基础上,通过传统的理论经验计算与计算机数值仿真计算方法,对防护平台结构的运动特性进行分析并校核。结果表明平台结构的运动响应满足光测设备和试验需求,验证了防护平台结构设计的合理性;防护平台结构背爆面的密封位置可向中部偏移以提高平台结构遭遇冲击波作用时的稳定性。     

舰船爆炸冲击防护技术进展

随着反舰武器爆炸威力越来越大,作为最后一层防护手段的被动防御技术即爆炸冲击防护必将对现代舰船的发展产生重大影响。从武器种类、毁伤机理、防护技术等层面,从空中爆炸和水下爆炸角度系统地阐述舰船爆炸冲击防护技术的内涵,梳理了国内舷侧防雷舱、复合夹心结构、箱式框架船体结构、舷侧泄爆结构、设备及人员爆炸冲击防护、水雾抑制冲击波、新概念抗冲瓦等7种技术的发展情况。最后,从爆炸冲击波阻挡、转移、耗散、缓释等4个方面探讨了未来舰船防护技术的发展方向。     

水下近距和接触爆炸流固耦合作用机理及加载效应研究

深入理解近距和接触爆炸(R0≤R≤6R0)范围内的流固耦合作用机理及加载特性,对水中兵器毁伤效应和舰船抗爆防护研究均具有重要的现实意义。为了揭示水下近距和接触爆炸范围内的流固耦合作用过程,对爆距小于或等于4倍药包半径范围内的背气钢板进行了水下爆炸试验,采用多普勒光纤探针和聚偏氟乙烯计测得了背气钢板典型位置处结构运动速度时程和壁压时程。建立了数值模型,并对试验过程进行了模拟。为了能够表征水下爆炸导致的空化及其闭合再加载过程,水介质用两相状态方程描述。结果表明,数值计算结果与试验结果吻合良好,验证了数值计算方法的可靠性。结合试验和数值结果,详细分析了水下近距和接触爆炸范围内冲击波的传播、冲击波与气泡(爆轰产物气团)的相互作用以及空化闭合再加载效应,揭示了结构上不同位置处的加载机理。     

水下接触爆炸作用下双层加筋板架结构的损伤特征

随着水下兵器制导技术的进步,水下近场爆炸乃至水下接触爆炸对舰船生命力构成的威胁受到关注.针对舰船舷侧、底部通常采用的双层结构,设计一套用于水箱试验的缩尺双层加筋板架结构,进行一组不同爆距下的水下接触爆炸试验.通过高速摄像机采集试验中水下爆炸、气泡脉动、结构变形的光学影像,得到不同爆距下的双层加筋板架结构损伤结果和损伤模式.结果表明,随着爆距的减小,板架损伤模式由外板与加强筋连接处的剪切撕裂转向加强筋之间的外板板格内发生多个或单一花瓣形破口,破口区尺寸也随着爆距的减小而增大.     

水下爆炸冲击波和气泡载荷对典型圆柱壳结构的毁伤特性

为研究近场爆炸冲击波及气泡载荷对缩比后的鱼雷典型圆柱壳结构的毁伤特性,并探讨装药距离、装药方位等相关参数对圆柱壳结构变形特征及毁伤特性的影响规律,采用任意拉格朗日-欧拉算法对近场爆炸冲击波及气泡载荷对圆柱壳结构的毁伤特性进行了数值模拟分析。将壁面附近爆炸气泡演化过程的仿真结果和试验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的有效性。利用该数值分析方法对多组不同装药距离和装药方位下的爆炸过程进行了研究,深入分析了冲击波、气泡脉动载荷及射流载荷等不同形式载荷对圆柱壳结构的毁伤作用机理。研究结果表明：冲击波对圆柱壳结构的毁伤效果受装药距离的影响较为明显,装药距离的增大会急剧削弱冲击波在圆柱壳上造成的破坏,而圆柱壳的方位改变对冲击波的毁伤作用影响较小;水射流载荷对圆柱壳结构产生的毁伤受方位因素的影响较为明显,当药包位于圆柱壳下方时圆柱壳迎爆面在气泡脉动及射流载荷联合作用下产生的塑性应变最大。     

水下爆炸双体船隔振性能数值仿真与试验研究水域

为了检验水下爆炸载荷作用下某双体船隔振系统设计的合理性,建立了双体船有限元模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS,对安装隔振系统后双体船结构在爆炸载荷作用下的冲击响应进行了仿真,采用流固耦合方法考虑空化效应和材料应变率的影响,预估双体船隔振性能。仿真结果表明,双体船经隔振设计后,在水下爆炸载荷作用下,船体底部的塑性变形显著减小,船体的垂向加速度峰值衰减率超过95％。经海上爆炸试验验证,数值仿真结果与试验值吻合良好,双体船隔振系统设计合理。     

水下爆炸对水下目标的毁伤试验研究

为研究水下爆炸对蛙人的毁伤效果,进行了GUHL-1的水下爆炸试验,得到不同爆距处冲击波峰值压力。通过计算获得GUHL-1炸药水中爆炸自由场冲击波压力峰值和爆距的关系。同时对几种反蛙人武器系统的毁伤效果进行了分析,为今后反蛙人武器系统的设计提供参考。     

水下爆炸数值仿真研究

研究水下爆炸数值仿真相关影响因素.针对有限差分程序AUTODYN在水下爆炸仿真研究中的应用,采用不同计算模型,对无限水域中半径为10mm的TNT球状药爆炸产生的冲击波传播及气泡脉动现象进行数值仿真,对计算结果进行对比分析.据此,对影响计算结果的相关因素进行了探讨,得出具有重要参考价值的研究结论.对水下爆炸数值仿真具有一定借鉴意义.