水下爆炸载荷作用下加筋圆柱壳结构弹塑性动力响应研究

以加筋圆柱壳模型为分析对象,应用MSC—DYTRAN非线性瞬态有限元分析软件建立水下爆炸载荷作用下流固耦合数值分析模型,对冲击因子为1.1的典型试验工况进行数值模拟,分析了加筋圆柱壳在爆炸载荷作用下的破坏机理,并将数值计算结果与试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性和有效性,进一步通过大量数值试验,分析了爆炸攻角、模型浸深对加筋圆柱壳弹塑性响应的影响,最后对气泡脉动载荷的二次毁伤效应进行了探讨。数值结果表明：同等当量炸药在相同爆距、相同浸深下,90°攻角总是最危险的爆炸角度,0°攻角与其他攻角相比,毁伤效果总是最小;模型浸深对结构的响应影响显著,模型浸深愈深,毁伤程度愈严重;当考虑气泡脉动载荷后,对于结构具有二次破坏作用,在相同药量相同爆距下、不同浸深下的二次破坏效果并不相同,呈现出浸深愈大,二次破坏效果愈显著的现象。     

静水压对加筋圆柱壳受水下爆炸冲击载荷作用的影响

应用有限元法，分析静水压对受水下爆炸载荷时的加筋圆柱壳体的变形及破坏模式的影响。通过对壳体结构及外部水域进行建模，并考虑流固耦合及空泡因素，模拟出结构受水下爆炸载荷及静水压力联合作用下的响应。通过比较有和没有外部压力时，不同冲击波下结构的破坏形式，得出外部水压对耐压结构受爆炸载荷时响应的影响。     

水下爆炸载荷作用下加肋圆柱壳应变响应研究

采用加肋圆柱壳结构模型模拟潜艇结构,对其在水下爆炸冲击载荷作用下的响应过程进行试验研究。结果表明:采用应变测量的方法对结构进行模态分析是可行的;受附连水质量的影响,加肋圆柱壳结构的低阶湿模态频率较干模态频率显著下降;在爆炸载荷作用下,距离爆炸点越近结构承受的冲击作用越严重,越容易产生塑性破坏;应变的最大响应是冲击波载荷和一次脉动压力载荷共同作用的结果,第二次脉动压力对结构的动态应变响应贡献不明显。     

圆柱壳在水下爆炸载荷下的流-固耦合响应分析

研究了无限域流场中两端简支圆柱壳受球形炸药爆炸冲击载荷作用的响应特性。运用Hamilton变分原理,推导出了考虑流固耦合作用圆柱壳受水下爆炸冲击载荷作用的运动方程,并分别展开成Fourier级数的形式,最后在时域上差分离散,用Galerkin方法求解,得到了在水下爆炸冲击载荷下圆柱壳的响应分析。文章着重就圆柱壳在迎爆面和背爆面的不同位置的变形位移和变形速度进行了对比分析,同时还比较了流体动压力对结构响应的影响。并将分析结果与有限元计算软件MSC.DYTRAN计算结果比较,验证了算法的可靠性。     

水下爆炸气泡对内加筋圆柱壳结构毁伤机理分析

以内加筋圆柱壳为研究对象,对近距离非接触爆炸作用下气泡的脉动载荷以及气泡溃破高速射流对内加筋圆柱壳结构的毁伤机理进行计算分析,并且探讨结构参数、药包位置等相关物理量对结构变形特征与毁伤模式的影响。研究结果表明,水下爆炸气泡膨胀产生的膨胀脉动冲击造成结构的整体变形,另一方面气泡溃破所造成的高速射流(速度 > 100 m/s)则会对局部区域造成严重破坏,弹塑性边界以及自由液面效应会对气泡的形状产生显著的影响。     

水下爆炸载荷作用下受损加肋圆柱壳的剩余屈曲强度计算

研究了在水下爆炸载荷作用下受损的加肋圆柱壳的屈曲．结合DYTRAN软件和NASTRAN软件计算了水下爆炸栽荷作用下受损的加肋圆柱壳的剩余屈曲强度，并且提出了一种结合上述两种软件计算加肋圆柱壳的剩余屈曲强度的方法．数值计算表明，预测结果与实验结果吻合较好．     

水下爆炸载荷作用下细长体圆柱壳结构鞭状响应

采用2阶DAA流固解耦技术,对水下爆炸载荷作用下细长体圆柱壳结构的鞭状响应进行分析研究。经模型试验验证后,对细长体圆柱壳梁模型随不同药包爆炸方位、不同爆距及不同低频振动频率耦合程度变化时的鞭状响应进行计算,揭示圆柱壳梁模型在水下爆炸载荷作用下的总体低频运动特性及鞭状响应规律,为研究细长体圆柱壳结构在水下爆炸载荷作用下的鞭状效应总体损伤提供试验基础及理论方法。     

水下爆炸作用的单双层圆柱壳结构冲击损伤特性研究

针对圆柱壳结构受水下爆炸载荷冲击损伤问题用双渐近方法进行研究。通过大量工况分析发现,圆柱壳结构损伤模式按产生原因可分为直接冲击损伤引起局部结构强度破坏、局部构件横向冲击失稳、壳体环向冲击失稳及鞭状运动引起壳体纵向总体失稳4种,爆距较近时气泡脉动载荷占主要成分,较远时冲击波占主要成分。     

关于圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下二次加载现象的数值模拟研究

运用大型商业有限元程序MSC．DYTRAN数值模拟了水下爆炸冲击波载荷作用下自由环肋圆柱壳的非线性动态响应．采用一般耦合算法(general coupling)模拟流体与结构的耦合效应，计算中考虑了材料的应变率强化效应，几何非线性的影响，分析了空穴现象的产生和二次加载对结构响应的影响．仿真结果表明，相同工况和厚度下的无限自由平板和自由环肋圆柱壳，后者的空化时间比前者长，而壳体运动的最大速度后者比前者低．     

圆柱壳结构水下爆炸所致鞭状运动特性研究

针对水下爆炸产生的周期性气泡脉动载荷诱导潜艇等细长体结构鞭状运动危及总强度问题,对鞭状运动特性进行研究。采用Morison相对速度模型与船体梁显式积分法,建立圆柱壳结构水下爆炸载荷的鞭状运动工程计算模型,并用试验结果对模型进行验证;通过对水下爆炸诱导的鞭状运动时、频域特性分析,获得爆点水深、轴向偏移、爆距等工况参数对其影响规律,可为潜艇抗冲击设计、研究提供参考。     

水下爆炸冲击波作用下自由环肋圆柱壳动态响应的数值仿真研究

运用大型商业有限元程序MSC.DYTRAN数值模拟了水下爆炸冲击波作用下自由环肋圆柱壳的非线性动 态响应。采用一般耦合算法(generalcoupling)模拟流体与结构的耦合效应,计算中考虑了材料的应变率强化效应,几何 非线性以及结构的初始缺陷的影响,计算结果与实验吻合较好。比较了肋骨和肋间壳板在迎爆面,侧爆面和背爆面处的 中面有效应力和应变,分析了壳体在三个不同部位的破坏机理。最后比较了计算中考虑应变率效应与否对壳体最终变 形的影响。     

深水环境中水下爆炸冲击波作用下圆柱壳动态响应的数值模拟研究

基于通用有限元程序ABAQUS,运用静力分析和动力分析相结合的研究方法,对深水环境中圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的动态响应进行了数值模拟研究,分析了深水中圆柱壳动态响应的影响因素,研究了圆柱壳的破坏随深度而变化的规律.研究结果表明:在同样的冲击波载荷作用下,圆柱壳的毁伤程度随着所处深度的增大而逐渐加重;爆距不变时,不同爆心方位所对应的圆柱壳的响应不同;预应力的存在使圆柱壳毁伤程度有所增加,并且预应力对圆柱壳响应的影响与爆心方位有关;能够导致圆柱壳破坏的炸药质量随深度增加而迅速减小;圆柱壳在浅水中和深水中的破坏机制不同,前者是由于冲击波的作用,而后者是冲击波和静水压力联合作用的结果.     

圆柱壳水下爆炸冲击响应信号的小波分析

圆柱壳是船舶、潜艇和海洋工程结构物的重要组成部分,研究其在水下爆炸载荷作用下的响应对提高结构物的使用周期有着重要的作用.基于商用有限元软件ABAQUS对圆柱壳水下爆炸进行了数值模拟,得到水下爆炸载荷作用下圆柱壳关键部位的冲击环境,为结构冲击响应信号的分析提供输入条件,然后对仿真数据进行了一维离散小波分析,提取了信号的细节特征.分析结果表明:小波分析是分析水下爆炸信号的有效方法,能提取信号变化的细节特征.运用小波来分析水下爆炸信号较传统分析方法更能适应水下爆炸信号突变快、衰减快的特征,同时为进一步认识水下爆炸机理、破坏原因的确定提供了新的途径.     

水下爆炸冲击作用下浮动冲击平台试验安全性

综合运用理论分析和仿真计算对水下爆炸作用下浮动冲击平台试验安全性进行分析,给出试验水域普通船只及人员的安全半径、试验水域岸基结构及设施的安全半径和理想的浮动冲击平台试验水域半径和试验水域深度条件,有关结论可为舰载设备浮动冲击平台试验提供参考。     

橡胶蜂窝覆盖层水下爆炸响应及抗冲击性能

为了进行橡胶材料手性蜂窝覆盖层的水下非接触性爆炸动响应、抗冲击性能及机理研究;利用Abaqus中的不同超弹性本构模型对材料试验数据进行拟合,在此基础上选择合适的本构模型,然后分析其响应特点,研究主要设计参数包括高度和镂空率对抗冲击性能的影响。研究结果对该覆盖层的水下爆炸抗冲击防护机理和性能认识有一定指导作用,为结构的进一步优化设计提供参考。     

浸没的圆柱壳在冲击波作用下动响应的Galerkin解法

研究了无粘、无旋和不可压缩流体中两端简支圆柱壳在给定冲击波作用下的动响应。圆柱壳的运动方程中考虑了流体动压力和冲击波压力的共同作用，通过将冲击波压力分布函数表示为Ｆｏｕｒｉｅｒ级数有限项形式，并利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对耦合方程进行数值求解，得到了圆柱壳在冲击波作用下的位移响应特性     

水下爆炸载荷下圆管型加筋缓冲防护性能研究

为提高双层圆柱壳结构在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能,基于双层圆柱壳结构的特殊性,提出适用于双层圆柱壳的圆管型舷间加筋结构,即采用圆管来代替传统的T型加筋。首先开展带圆管型和T型加筋的双层圆柱壳远场水下爆炸试验,同时运用数值仿真方法分析圆管型加筋的抗冲击性能,试验和数值仿真结果吻合良好。结果表明：相对于T型加筋,圆管型加筋在水下爆炸作用下表现出不同的变形模式,即圆管的逐渐扁化;带圆管型加筋的双层圆柱壳结构加速度冲击响应峰值降幅达到40 %以上;圆管型加筋能够通过自身的变形在水下爆炸过程中吸收更多冲击能,同时使轻外壳和耐压壳的内能有所降低。因此,圆管型加筋比传统T型加筋具有更优的缓冲效果,可用于双层圆柱壳结构的缓冲和防护设计。