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。     

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.     

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。     

不同攻角舰船结构动态响应的数值模拟

运用通用有限元分析软件ABAQUS对某型舰进行全船冲击响应数值模拟,分析水下爆炸攻角对舰船结构动态响应的影响,并得出以下结论:水下爆炸载荷作用下舰船结构响应具有局部性,船体的受冲击范围和强度随爆炸攻角的增大而减小;在研究舰船冲击环境时,攻角在30°～60°范围内的测点应该多取;舰船外底板中心部位节点的垂向加速度峰值随爆炸攻角的增大而减小,且加速度响应的衰减速度随爆炸攻角的增大而下降。     

泡沫芯层夹层结构水下爆炸冲击特性研究

研究分析了用于提高水下结构抗冲击性能的泡沫芯层夹层结构受水下爆炸作用时的冲击响应及其流固耦合问题。着重讨论了芯层相对密度不同时,夹层结构的前面板壁压、夹层结构入射冲量、前后面板的速度和加速度、后面板支撑反力等参量的变化规律,并讨论了前面板材料对夹层结构冲击响应的影响规律。     

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。     

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。     

含铝炸药爆炸作用下的水中圆柱壳动态响应数值研究？

为了研究圆柱壳在含铝炸药水下爆炸载荷作用下的响应规律,利用非线性动力学软件AUTODYN计算了3种不同配方含铝炸药的远场冲击波特性,并将计算值与文献实验值进行对比,计算误差能够稳定在5％以内,之后结合ABAQUS程序模拟了含铝炸药冲击载荷作用下水中圆柱壳的动态响应。在30 kg药量下分析比对了圆柱壳体加速度、速度及有效塑性应变的变化规律,随后确定了各炸药致使圆柱壳结构失稳的临界药量,并以PBXW-115为例研究了临界药量作用下的圆柱壳破坏模式。结果表明,AUTODYN与ABAQUS程序的联用,能够有效地模拟圆柱壳在含铝炸药远场冲击波作用下的动态响应;含铝炸药致使圆柱壳单元达到屈曲失效所需药量普遍低于理想炸药RDX。     

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。     

Comparability research on impulsive response of double stiffened cylindrical shells subjected to underwater explosion

In order to evaluate the strength and comparability of impulsive environment of model and practical structure in the water when subjected to underwater explosion, a new shock factor based on energy acting on the structure is presented to describe the loading of underwater explosion. To test the validity of this new factor, numerical experiments of double stiffened cylindrical shells are carried out a series of cases designed by the new factor and two other standard shock factors respectively. The results of the cases designed by the new factor indicate that the kinetic energy, potential energy and shock response spectrums of the structures agree well with each other in different cases designed by the equal new shock factor. However, the results of the cases designed by the two other standard shock factors are rather diverse. The analysis considers that the old shock factors do not take the spherical characteristics of shock wave front and relative position between detonation and structure into account, which can hardly reflect the similarity of underwater explosion loadings. The new shock factor can make up for such limitations.     

带形介质内SH型导波对圆柱孔洞的动力分析

弹性板壳的反平面运动中由缺陷引起的应力集中问题可以按照带形介质中圆柱孔洞对SH型导波的散射问题来分析。首先,构造带形介质中相容导波的形式,即其满足上、下边界应力自由条件。之后,由波函数展开法给出圆柱孔洞散射波的级数表示,根据累次镜像叠加的方法构造由上、下边界反射所形成的相容的散射导波。最后,给定入射导波,由圆柱孔洞边界应力自由的条件来定解波函数级数的系数。数值算例求解了特定导波对圆柱孔洞的散射,给出了圆柱孔洞边沿的动应力分布,讨论了导波阶数、频率以及孔洞位置的影响。     

冲击波作用下舰船刚体运动响应

在非接触水下爆炸冲击波载荷作用下,较小的船体或者刚度较大的船体会产生很大的刚体运动响应。以Taylor平板公式为基础,考虑横剖面运动的附加质量,建立二维横剖面在非接触水下爆炸冲击波作用下的运动方程。在此基础上,计算某艇在水下爆炸冲击波作用下的刚体响应,与实验结果比较一致,表明该方法可用于预报水下爆炸冲击波作用下船体的刚体响应。     

Diffraction of a stress wave by a cylindrical cavity in an infinite elastic strip

The scattering of an incident plane shock wave by a cylindrical circular cavity in an infinite elastic strip is considered. In the Laplace transformed domain, boundary conditions at the plane surfaces and those at the circular hole are satisfied with the help of the Fourier transformation and the Schmidt method. A numerical Laplace inversion technique is taken to obtain the stresses in the physical space.     

A marching-on-in-time method for 2-D transient electromagnetic scattering from homogeneous, lossy dielectric cylinders using boundary elements

A method for determining the fields scattered by arbitrarily shaped cylindrical, lossy dielectric structures with a transient incident wave is described. The transient scattering problem is reduced to the solution of a time-domain integral equation which is solved directly in the time domain by a time-stepping method. As the scatterer is homogeneous, the solution can be obtained by means of a boundary integral formulation and the problem-independent free-space Green's function. The approximate electromagnetic impulse response for a number of cylindrical targets is calculated using this method.<>     

The transient responses of two-layered cylindrical shells attacked by underwater explosive shock waves

An approximation solution is introduced for the dynamic response of a two-layered cylindrical shell of circular cross-section subjected to an underwater explosive shock wave. The solution is obtained within the framework of the Flugge thin shell theory and the reflected-afterflow-virtual-source (RAVS) method is used to account for the fluid–structure interaction. Detailed numerical computations are carried out, in dimensionless form, for the cases of infinitely long two-layered cylindrical shells. Time histories of nondimensional radial velocity, mid-surface strain, 0th mode radial displacement and 1st mode radial velocity are presented in graphical form and the effects of elastic modulus, shell radius and thickness on the transient response characteristics of the shells are investigated.     

基于SPH-FEM方法的水下近场爆炸数值模拟研究

针对结构水下近场爆炸载荷作用响应求解难点,通过改进的三维轴对称光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)计算获得近场爆炸载荷后传输给非线性有限元软件ABAQUS,利用声固耦合模型对结构响应进行时域非线性计算,形成预报水下近场爆炸载荷对结构毁伤的SPH-FEM模型,实现从药包起爆、结构大幅变形、局部撕裂直至完全剪切破坏的全过程模拟,对载荷时历曲线进行试验验证。计算背空矩形钢板在近场爆炸载荷的响应表明,数值结果与试验值吻合良好。SPH-FEM模型计算效率高、可操作性强,易推广至大型复杂结构受水下近场爆炸毁伤的分析与评估。     

管桩屏障在柱面波源下近场隔振效应的解析求解

基于波函数展开法表示柱面波源自由场,首次提出了一种求解柱面波源下管桩屏障对弹性波隔振效应的解析方法。方法首先考虑柱面波源与管桩屏障的位置关系,采用波函数展开法对入射柱面波进行了0阶Hankel展开表示,并采用任意坐标系间变换的Graf加法定理在任意桩体坐标系中表示,将入射波场和散射波场叠加后通过满足所有桩体的边界条件以求解所有桩体的散射波场。该解析方法分析了柱面波源入射下群桩屏障的隔振效果,首次在排桩隔振问题中考虑了入射波曲率的影响,为柱面波的散射问题提供了理论解答。该文重点讨论了入射波曲率、管桩个数和桩排数等因素对管桩隔振效果的影响,结果表明:整体上管桩屏障对柱面P波的隔振效果优于柱面SV波;柱面波源距离管桩屏障更近时排桩后场地的位移反应显著增大;相比平面波,柱面波源作用下排桩数量的提升对隔振效果的影响较小;三排管桩屏障比两排管桩屏障隔振效果更强,更宜采用三排管桩屏障进行柱面波源的隔振。     

柱状炸药水下冲击波连续测量研究

通过自制的压导探针,对柱状装药水下爆炸过程进行连续测量,获得了柱状炸药的爆轰波和水下近场冲击波头的时间历程演化曲线。由此计算出柱状炸药的爆速、水的冲击波速度随时间的变化曲线;进一步由水的冲击雨果尼奥关系式和界面压力、速度连续方程,计算得到了炸药爆压、水下近场冲击波超压变化曲线。结果表明,水下爆炸近场的冲击波速度近似以指数形式衰减,最初阶段衰减很快,随时间推移,衰减越来越慢,最终水中冲击波速度趋于声速。近场冲击波超压的衰减形式与冲击波速度的衰减形式相似。