远场水下爆炸作用下平板的冲击响应仿真

为了对舰船水下防护结构设计提供参考,采用LS-DYNA软件中的声固耦合法对远场水下爆炸作用下平板的冲击响应问题进行了模拟,计算结果与公认的双渐进近似算法计算结果较为接近.计算模型中采用了空化声单元和粘性非反射边界,并对比了网格加密、不同水柱高度和是否考虑空化的影响.LS-DYNA的声固耦合法计算速度快,计算准确度接近公认的双渐进近似算法,为国内水下爆炸数值计算人员提供了一种新的思路和计算工具.     

近水面水下爆炸对结构冲击的数值模拟

采用AUTODYN数值计算软件,对彭托利特炸药近水面爆炸时对圆柱壳体的冲击加载过程进行了数值模拟。计算时,在炸药及其附近水域建立足够细密的二维Euler网格模型,以捕捉初始冲击波的高频特征;并将计算结果映射到三维流固耦合模型中继续计算,较好地解决了计算精度和计算耗时之间的矛盾;同时选择了合理的材料模型参数和网格单元类型。数值计算结果与实验吻合较好。计算方法对结构抗冲击数值模拟具有一定的参考意义。     

水下爆炸作用下水面舰艇舰体结构毁伤测量方法

为准确测量水面舰艇舰体结构在水下爆炸作用下的毁伤程度,客观评价水中兵器毁伤能力和作战效能,基于水下爆炸对水面舰艇舰体结构的作用形式和毁伤方式,建立舰体结构的等效模型,分析舰体的薄弱环节,并将这些薄弱环节作为重点测量部位。结合工程实践和海上试验经验,在科学客观测量结构毁伤的同时,优化测点和传感器布设,研究设计了水下爆炸作用下水面舰艇舰体结构毁伤测量优化方法。该方法的提出为有效测量水爆作用下水面舰艇舰体结构毁伤提供参考。     

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。     

近场爆炸作用下舰艇结构毁伤要素分析研究

首先采用量纲分析方法对近场爆炸作用下结构等效的毁伤条件进行分析,然后采用毁伤理论对结构毁伤要素进行分析并与实船测量结果进行比对验证,证明了毁伤理论方法的正确性,综合两种方法提出目标毁伤等效结构设计的基本条件,为结构等效设计提供参考。     

爆炸冲击载荷作用下靶板动态响应研究

应用量纲分析方法分析爆炸冲击载荷下影响靶板动态响应的相关独立变量,分析了炸距和装药量对变形扰度值的影响。利用有限元软件LS-DYNA进行数值仿真,模拟靶板在冲击波载荷下的动力学响应,模拟结果与实验结果基本吻合。控制单一变量,分别得到炸距和装药量对靶板变形量的影响规律。研究结果表明,在一定范围内,靶板变形扰度随炸距的增加呈现类似指数形式的快速减小,随装药量的增加而线性增大。     

浮动平台在远场爆炸载荷作用下的冲击响应研究

利用在计算流场的迎爆面直接加载冲击波载荷方法来模拟浮动平台在远场爆炸作用下的冲击响应,该方法弥补了现有有限元仿真软件在远场计算中的不足。把计算结果和试验测量结果进行了对比分析,计算结果与试验值吻合较好。     

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。     

水下爆炸载荷下舰船双层底部结构的毁伤特性

为研究舰船双层底部结构在水下爆炸载荷下的毁伤特性,进行电火花气泡与带破口双层结构模型相互作用实验,使用高速摄影机捕捉气泡在带破口双层结构下方的脉动特征,并使用LS-DYNA软件对该实验工况进行模拟,通过实验验证数值模型的有效性。在此基础上建立实尺度舰船双层底舱段有限元模型,通过改变爆距和双层板间水位,设置15个模拟工况,深入分析冲击波和气泡载荷对舰船双层底部结构的毁伤特性。研究结果表明：爆距较小时,外底板出现破口,内外底板之间的内气泡的膨胀作用加剧外底板破口的撕裂,同时使内底板出现塑性变形;爆距较大时,外底板仅发生变形,并与内底板接触,同时带动内底板的变形。双层板间水位较低时,冲击波载荷衰减较大,对内底板毁伤作用较小,此时内气泡的膨胀对内底板的变形起到主要作用;双层板间水位较高时,冲击波载荷衰减较小,冲击波和气泡脉动二次压力波载荷通过水介质共同作用到内底板,使内底板产生变形。     

矩形板在水下爆炸冲击载荷作用下的动力响应分析

根据塑性变形理论．推导出矩形板在水下爆炸载荷作用下中心处挠度的解析解。利用大型有限元程序对矩形板水下爆炸冲击载荷作用过程进行数值模拟，并对相同条件下的矩形板进行水下爆炸试验，进而将三者进行对比．得出所推导的公式可以用作对矩形板的水下爆炸损伤特性进行估算。     

爆炸冲击荷载作用下拱结构的弹塑性动力响应研究

采用数值模拟方法,研究拱结构在爆炸冲击荷载作用下的弹塑性动力响应。结构动力屈曲临界荷载由B-R 准则判定。研究结果表明:拱结构的动力响应过程可划分为4 个典型阶段,即弹性振动阶段、弹塑性稳定振动阶段、反直观动力响应阶段和压溃破坏阶段,拱结构反直观动力响应是其发生动力屈曲以后处于不稳定平衡状态中的一种动力响应模式;爆炸冲击持续时间越长,拱结构动力屈曲临界荷载越小;当冲击持续时间在某一范围内时,结构发生动力屈曲以后会出现反直观动力响应;爆炸冲击持续时间太长或太短,结构发生动力屈曲以后将不会出现反直观动力响应,即结构一旦发生屈曲就会出现毫无征兆的突然破坏,动力屈曲临界荷载就是动力失效荷载。     

水下防护结构的爆炸冲击动力学仿真

水下防护结构的爆炸冲击动力学仿真,应用非线性有限元数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA分析不同防护结构对水中冲击波的防护效果.其数值模拟控制方程包括:质点运动、动量守恒、质量守恒、能量守恒、本构及状态方程6类.并以钢板、钢-铝、钢-橡胶等组合为例,使用流固耦合方法计算炸药对结构的作用.结果表明其采用的物理模型和数值算法较为合理.     

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。     

分层泡沫铝夹芯球壳对近场水下爆炸的响应

通过耦合间断伽辽金法和有限元法,将爆炸气泡和水模拟为一维球对称问题、分层泡沫铝夹芯球壳模拟为二维轴对称问题,进而求解分层泡沫铝夹芯球壳在近场水下爆炸载荷下的流体与结构响应,分析了夹芯泡沫分层对流固耦合作用和抗冲击性能的影响。分析结果表明,软芯层靠近水排列能够降低爆炸载荷输入到结构的总能量,强芯层靠近水排列能够更有效地对结构加以防护。     

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。     

水下爆炸冲击波作用下小型多舱圆柱壳的塑性响应

运用数值计算与水下爆炸试验相结合的方法研究了水下爆炸冲击波作用下小型圆柱壳的塑性响应。通过引入金属材料的Johnson-Cook(J-C)强度模型,应用国际通用软件ABAQUS的声固耦合算法分析计算了小型圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的塑性变形,并进行了试验验证。     

水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应机理

以某型水面舰船防护结构的膨胀舱为原型设计板架试验模型,依药量和爆距不同进行7个工况的水下近距和接触爆炸试验。采用光子多普勒测速系统测量模型典型位置的速度时程,收集试验产生的飞片,并对试验后板架的破口形态进行记录。结合数值方法对试验结果进行对比分析,验证试验结果的一般性及数值计算方法的准确性。根据试验和数值计算结果对水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应开展研究。研究结果表明：板架结构容易在加强筋、隔板处发生剪切或撕裂破坏形成飞片,飞片的形成与药量、爆距、板架的结构形式均有密切关系;爆炸载荷驱动下板面上各点速度以爆心投影点为中心沿板面向外呈指数衰减趋势;当爆距大于2倍装药半径后,不同药量在相同的距径比下,板架结构上正入射点处速度峰值基本相当。     

基于水下爆炸实船试验的舰船阻尼的研究

以实船试验的实测结构响应数据为基础,运用经典峰值处理法计算得到不同冲击因子下实船总振动阻尼比。采用最小二乘复指数法识别舰船结构模态参数,运用无量纲化方法使计算结果唯一。运用离散快速傅里叶变换对模态参数进行校验,验证了计算结果的正确性。根据所提取的结构模态频率和模态阻尼比,对系统的结构阻尼进行统计和定量分析,给出瑞利阻尼系数的试验值,为舰船冲击响应计算与分析提供参考。最后,与美国DDG53的瑞利阻尼系数进行对比,比较结果表明两者差距较大。