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。     

水声干扰子弹威力分析

为了研究壳体厚度和材料对水声干扰子弹威力的影响,在Cole水下爆炸冲击波经验公式的基础上,利用AUTODYN仿真程序对水声干扰子弹水下爆炸进行模拟,分析了子弹壳体厚度和材料对水下爆炸声压级的影响,仿真结果表明,水下爆炸声压级随着壳体厚度的增加先升高后降低;壳体材料的屈服应力越大,水下爆炸声压级越高。仿真结果为工程应用提供理论参考。     

壳体材料及厚度对装药水下爆炸冲击波特性影响数值研究

为研究装药的壳体材料类型、壳体厚度对水下爆炸冲击波特性的影响,针对50 g球形TNT和H6炸药,采用不同厚度的钢壳、聚碳酸酯塑料壳和氯丁橡胶壳填装,通过AUTODYN软件开展水下爆炸数值模拟研究。结果表明壳体填装会对炸药水下爆炸冲击波产生一定的约束作用,并且约束作用与壳体材料、壳体厚度和爆距相关。     

典型舰艇设备在水下爆炸作用下的安全距离

运用有限元分析程序ABAQUS对某型舰艇进行冲击响应的数值模拟,分析爆炸攻角给舰船结构和设备动态响应带来的影响。重点分析了舰船设备在水下爆炸作用下的安全距离,得出:水下爆炸载荷作用下舰船结构响应具有局部性,垂直迎爆时船体的受冲击范围和强度较大;同等炸药量、相同爆炸距离时,辅机垂向瞬时加速度响应随着爆炸攻角的减小而减小,而垂向剩余加速度响应则是60°时最大,90°时略小,30°时最小;同一炸药量时,辅机安全距离也是60°时最大,90°时略小,30°时最小。     

战斗部壳体对水下爆炸威力影响的数值模拟研究

采用LS-DYNA软件对装药半径为0.15 m、0.42 m、0.55 m的有/无壳体战斗部的爆炸特性进行数值模拟研究。分析了炸药在有无壳体的水下爆炸时的冲击波压力、气泡脉动压力等特性参数。对比总结了不同网格密度、不同当量、不同装药半径及有/无壳体的数值计算结果。结果表明,壳体对水下爆炸气泡脉动的影响较为显著。壳体厚度对气泡形成时间没有太大影响,但对气泡压力峰值影响较大。因此,研究战斗部水下爆炸威力时必需考虑壳体因素。     

装药水下近距离爆炸作功能力的试验测量方法

通常水下爆炸能量测试结果只反映炸药自身的能量结构,无法表征装药对邻近结构物的作功能力.基于效应物动响应对装药水下接触及近距离非接触爆炸的作功能力试验测量技术进行初步研究.采取弹道摆试验方法实现水下接触爆炸,以爆炸驱动下摆体获得的冲量来表征装药水下接触爆炸的作功能力.采用两种试验方法表征水下近距离非接触爆炸的作功能力:第1种为边界可滑移圆板的动响应,通过观测靶板中心变形时程,得到冲击波及气泡的阶段毁伤比例及总体毁伤情况;第2种以强舱段缩比模型的整体运动响应,以刚体运动及位移得到爆炸载荷的驱动能力.试验结果表明:水下接触爆炸时冲量约为空中爆炸时的3倍;近距离爆炸时,冲击波及气泡两个阶段的变形能比例为先快速减小再趋于平缓的变化过程,距离药包越近,能量吸收比例越小.试验测量技术可为水中兵器毁伤威力评估提供一定的技术参考.     

水下爆炸载荷作用下MK46鱼雷结构动态响应分析

通过对美国MK46鱼雷进行数值仿真,设置不同的工况,应用ABAQUS中的声固耦合算法对鱼雷在水下爆炸冲击波作用下的动态响应及其冲击环境进行仿真计算,分析了鱼雷在不同工况下的毁伤效果,以及不同部位各节点的加速度响应及冲击环境。有限元计算结果表明:MK46鱼雷首部为薄弱部分,首部加强筋首先失效破坏,当壳体冲击因子为1.33时鱼雷壳体发生破损;迎爆面和背爆面节点加速度响应有较大区别,通过节点的冲击谱参数可对鱼雷内部设备的抗冲击性能进行分析。本文结果可对相关鱼雷的毁伤效果分析及结构设计提供参考。     

一种新型水下爆炸冲击等效加载实验方法

针对传统水下爆炸冲击响应实验研究中存在的问题,提出了一种实验室仿真水下爆炸冲击的等效加载方法,通过飞片撞击的方式来获得水下爆炸冲击等效载荷.同时建立了等效理论模型与流固耦合数值仿真来进行对比分析.结果表明,数值仿真结果与理论分析结果吻合较好,通过调节飞片的撞击速度与撞击比质量可以获得不同水下爆炸冲击所需要的等效载荷,进而为鱼雷爆炸对典型舰船结构的冲击响应研究提供一种新的思路.     

水下爆炸对抗鱼雷声纳效能分析

水声对抗中由于战术使用及作战态势的复杂性,使得水下连续爆炸对抗鱼雷声纳的效果难以评估.本文分析了水下连续爆炸对抗鱼雷声纳的原理及其对抗主动、被动声纳的模型,针对有无水下爆炸干扰的2种情况,建立了主动声纳探测模型,并且根据模型求解了在不同频率、不同装药量下主动声纳的探测距离,然后以探测距离平均缩减量及平均缩减率为准则,运用仿真判断对抗效果,分析了有无水下爆炸声干扰时主动声纳探测距离随频率、装药量的变化规律.     

反鱼雷鱼雷战斗部对来袭鱼雷爆炸毁伤效应仿真

为了获得反鱼雷鱼雷(ATT)战斗部水中爆炸对来袭鱼雷的毁伤效应,以ANSYS LS-DYNA有限元分析软件为平台,对ATT攻击对象(来袭鱼雷)进行了较为系统的建模,并采用流固耦合算法针对ATT战斗部在不同距离、不同角度下对来袭鱼雷的爆炸毁伤效应进行了仿真计算,得出了ATT战斗部的毁伤半径、来袭鱼雷的毁伤判据以及ATT对来袭鱼雷的毁伤规律.仿真结果表明,在水中爆炸作用下,来袭鱼雷燃料舱段壳体较其他部分壳体更易发生变形或破裂.该研究可为鱼雷的毁伤效应评定及ATT战斗部研究提供参考.     

某球形雷体结构的毁伤特性数值研究

为合理设计反水雷武器的尺寸及重量、提高作战效率,对某球形雷体结构的毁伤特性数值进行研究。运用LS-DYNA软件开展水下静爆仿真,采用3维模型求解;分析裸药柱与某球形雷的作用距离、裸药柱装药量对雷体壳体毁伤的影响特性。结果表明：当裸药柱外端面与雷体壳体外缘的距离从210 mm增加到400 mm时,壳体变形量从3.9%降低到2.2%;裸药柱装药量从0.5 kg增加至2.5 kg,壳体变形量从0.58%降到3.4%;增大裸药柱装药量更能使雷体壳体结构加大塑性变形;确定造成雷体壳体毁伤的临界装药量为3 kg,临界距离为20 mm。     

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.     

水下枪榴弹延期解除保险性能指标分析方法

针对水下枪榴弹有效射程与杀伤半径之间难以相互匹配的问题,提出了水下枪榴弹延期解除保险性能指标分析方法。该方法依据水下爆炸产生的冲击波超压峰值估算水下枪榴弹爆炸时的杀伤半径与安全距离,水下枪械所能达到的有效射程为30 m时,该方法确定的水下枪榴弹的杀伤半径约为1 m。分析表明,杀伤半径的增大将使水下枪榴弹面临着水下射程过小与延期解除保险距离要求过大、战斗部威力过小与射击精度过低等矛盾。     

数值模拟在含能材料焚烧炉设计中的应用

为保证焚烧过程的安全,焚烧炉必须能够承受废弃含能材料在焚烧过程中意外爆炸产生的冲击作用。依据抗爆要求,分别采用动力系数法和英国原子能武器机构(Atomic Weapons Establishment)提出的方法(AWE方法)对废弃含能材料立式焚烧炉壳体进行了设计,通过AUTODYN软件对设计的焚烧炉在含能材料爆轰情况下壳体受力情况等进行了三维数值模拟,对烟气出口大小、出口位置和含能材料爆炸位置对焚烧炉抗爆性能的影响进行了分析。数值模拟结果表明:烟气出口的存在破坏了壳体的连续性,在出口附近出现应力集中,最大应力出现在出口上边缘;随着出口直径增大、出口圆心位置距壳体封盖越近、含能材料爆炸位置距出口越近,出口上边缘的应力集中越严重;当含能材料与焚烧炉壳体距离较近时,爆炸会使壳体产生塑性变形。因此,在烟气出口直径确定的情况下,采取出口圆心位置尽量远离封盖、出口处设置补强圈、含能材料与壳体保持一定的距离等措施保证焚烧过程的安全性。     

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。     

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。     

空空导弹爆炸冲击波对导弹类目标毁伤数值模拟

为了得到定量装药的爆炸冲击波对目标有效毁伤的临界距离。基于LS/DYNA软件,把导弹类目标简化成一定厚度的圆柱壳体,对定量炸药爆炸冲击波毁伤不同距离处的圆柱壳体进行了三维数值模拟,分析了不同距离处爆炸冲击波对壳体毁伤的作用方式和壳体的响应特征,得出了壳体不同的毁伤程度,得到了一定装药下爆炸冲击波毁伤目标的临界距离,为战斗部设计、毁伤评估及目标防护设计等提供参考。     

小药量水下爆炸对水下目标的毁伤有效值评估

针对水下目标的小药量水下爆炸试验,分析影响试验效果的主要因素和破坏参数,对试验数据利用判别分析方法对水下爆炸对目标毁伤的有效性问题进行了定量分析,给出了目标毁伤曲线,确定了目标的毁伤范围,该曲线较好地反映了水下爆炸对水下目标的有效毁伤距离。     

爆炸作用下Al/Mg/CuO活性壳体的释能特性

为了研究Al/Mg/CuO活性壳体战斗部的爆炸能量释放特性,通过超高速转镜摄像机以及冲击波超压测试,得到了活性壳体在爆炸加载作用下的破碎过程图像以及不同尺寸样弹在典型距离处的冲击波超压,分析了活性壳体参与爆炸的反应时间、活性材料粒径对冲击波超压的影响,获得了冲击波超压随比例距离的变化规律.结果表明:活性壳体在爆炸加载下能够参与爆炸反应,释放能量时间相对于爆轰反应有微秒级延迟,在比例距离2.52～3.15 m?kg-1/3范围内,提高了冲击波超压,火球持续燃烧时间延长1倍以上.粒径7μm活性材料制成的活性壳体样弹比粒径20μm活性材料制成的样弹冲击波超压提高了13.3％～14.4％,较小粒径的活性材料更容易与爆轰产物反应;与裸装药和铝壳样弹相比,活性壳体样弹的冲击波超压、冲量均有明显提高,在比例距离2.1～8.4 m?kg-1/3范围,冲击波超压提高了6％～32％,冲量提高了13％～38％.     

水下爆炸对双壳体结构破坏的数值研究

针对水下爆炸试验困难的问题,利用有限元方法对双层板壳结构在水下接触爆炸作用下的破坏进行数值仿真模拟,得出了爆炸载荷情况下双层板壳结构的破口形状,位移、应力和压力随时间变化曲线等数值模拟结果,对比了相同爆炸载荷下不同板壳结构的响应,为提高舰船和潜艇整体防护能力以及鱼雷战斗部的设计提供了参考依据。