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。     

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。     

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。     

水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形中的作用

水下爆炸产生的冲击波载荷和气泡载荷都会对水中结构产生毁伤作用。为研究水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形挠度中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus/Explicit对加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了一系列数值仿真。载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型,将部分计算工况与试验结果比较,两者吻合较好。通过分析计算结果可以看出在气泡载荷在加筋板塑性变形中的比重主要受爆距影响,爆距越小,所起的作用越大。所以,在水下近场爆炸计算中,气泡载荷引起的塑性变形不容忽视。     

新型矩形蜂窝夹芯夹层加筋圆柱壳抗水下爆炸冲击载荷分析

提出了一种新型矩形蜂窝夹芯夹层加筋圆柱壳结构形式。分析了其在水下爆炸冲击载荷下的动力响应特征及     

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。     

覆盖层加筋板结构水下抗爆性能对比试验研究

为提高潜艇的隐身性能,潜艇壳体表面常敷设声学覆盖层结构。声学覆盖层常设有各类空腔等特殊结构形式,在受到水下爆炸冲击波时空腔产生变形并吸收能量,对潜艇的抗冲击性能产生影响。分别对不同覆盖层及无覆盖层的加筋平板试件开展水下抗爆炸性能对比性试验研究。通过试验获取各加筋平板试件典型部位的加速度、应变响应。比较不同覆盖层对加筋平板结构的实际抗冲效果,为今后声学覆盖层的抗冲设计和研究提供参考。     

近距非接触水下爆炸舰船动态响应的数值模拟

运用通用有限元程序ABAQUS对某型水面舰艇在水下爆炸冲击波作用下的动态响应进行了数值模拟,有效地解决了ABAQUS计算近场水下爆炸时单元破损和单元失效等问题,计算出了某型舰艇水下爆炸的冲击响应结果,获得了船体的应力响应、局部变形、加速度响应和速度响应4个方面的响应规律,并得出以下结论:在全船范围内,加速度和速度总是由下至上逐渐减小,离爆点最近的区域差距最为明显;船体上离爆点最近的区域应力是最大的,不同甲板在相同位置处的应力是不同的。数值模拟所得的舰艇在水下爆炸作用下的响应规律与实际分析规律相符,为舰艇抗爆、抗冲击的结构设计提供了依据。     

远场水下爆炸作用下舰船设备冲击响应一体化动力学模型

提出了一种远场水下爆炸作用下舰船设备冲击响应一体化动力学模型。该模型将动态设计分析方法(DDAM)与Taylor平板理论相结合,使得对舰船设备冲击响应分析更为高效。将船体外壳看做平板,将船体各层甲板和设备看做附加在平板上的多个质量,将水下爆炸冲击波看做指数衰减波,形成了一维分析模型。能够根据水下爆炸当量、爆距、舰艇吨位、总尺度、结构和设备质量与支撑刚度等参数预测舰船与设备的冲击响应。预测结果与舰船缩比模型水下爆炸试验结果进行了对比。从总体上看,船体冲击响应谱的趋势和量级一致。     

水下爆炸载荷作用下加筋板变形及开裂试验研究

为了解加筋板结构在水下爆炸载荷作用下的变形模式,以及为数值仿真计算提供材料的开裂判据,通过试验研究,给出了加筋板的两种不同塑性变形模式.通过测量试验后加筋板裂纹的减薄率,利用体积等效原理确定了Q235钢在加筋板边界拉伸撕裂破坏模式中的开裂极限应变值,为结构在爆炸冲击作用下破损的数值仿真奠定了基础.     

基于声固耦合法的双体船水下近场噪声特性研究

基于声固耦合法,建立双球壳结构及双体船结构水下噪声数值预报模型,对双球壳结构及双体船结构在单侧及双侧潜体受激下的水下近场噪声特性进行分析。研究表明,潜体结构会对双体船水下近场噪声特性产生较大影响,在特定的潜体间距、声波频率之下,潜体之间区域会出现噪声亮点,从而使双体船水下近场噪声特性异于单体船舶。     

水下爆炸冲击波作用下舰船总纵强度工程预报方法

水中兵器战斗部在水面舰船和潜艇附近爆炸对船体的总纵强度毁伤是目前国际上研究的前沿和热点。基于Taylor平板理论,计及自由液面截断效应,对船底表面处的耦合压力进行修正,推导并建立船体梁爆炸冲击弯矩的理论与计算方法,提出一套用于水下爆炸作用下船体梁总纵强度估算方法。通过实验数据验证理论方法的正确性。结合理论方法开发相应的总纵强度预报软件,为舰船在冲击波载荷作用下的总纵强度工程化预报提供参考。     

复合壳体结构水下爆炸损伤特性研究

为研究复合壳体结构水下爆炸的损伤特性,分析了水中接触爆炸与非接触爆炸对目标的毁伤机理,同时进行了量纲分析;以钢板分别与铝板、铜板、橡胶板等的复合结构为研究目标,利用大型有限元软件LS-DYNA对该复合结构水中接触爆炸进行数值模拟,得出了其应力场分布与位移变形值;最后对该复合壳体结构水中接触爆炸进行了试验研究.研究结果表...     

A finite element analysis of ship sections subjected to underwater explosion

This paper presents numerical simulations of dynamic responses of a ship section to non-contact underwater explosion using ABAQUS. The finite element model of the ship section including the size of fluid mesh, initial and boundary conditions etc. has been built up. Comparisons of the acceleration and velocity response between the experimental and numerical results have been investigated. The numerical results agree well with the measured results. Furthermore, the effect of the mass proportional damping factor on the velocity response have been investigated numerically. The dynamic response modes of the ship section subjected to a side-on non-contact underwater explosion are discussed.     

抗冲瓦的优化设计研究

敷设于舰船湿表面上的抗冲瓦可以有效提高舰船的抗水下爆炸冲击性能。本文从抗冲瓦的结构拓扑参数方面来研究其抗冲击特性,讨论了不同强度冲击载荷下抗冲瓦的优化设计区域,提出了拓扑结构、应力平台与结构密度三参数优化设计方法,最终给出了一种较为优化的结构形式。     

潜艇艇体结构在水下爆炸冲击载荷作用下损伤研究

采用数值计算和试验手段相结合的方法,对潜艇艇体结构在水下爆炸载荷作用下的损伤进行了研究。利用试验手段确定了潜艇艇体用钢的材料动态性能参数和潜艇典型单元结构在爆炸冲击载荷作用下的开裂判据。采用双层壳体建模方案对潜艇结构进行整艇有限元建模,运用MSC.DYTRAN程序对整艇结构进行水下抗爆仿真。分析了三种不同工况下潜艇艇体结构的损伤形式。本文计算方法和仿真结果可供潜艇水下抗爆设计和潜艇结构生命力评估参考。     

水下爆炸作用下弹塑性船体梁整体运动模型及损伤特性

针对水下爆炸作用下舰船整体运动响应的理论预报问题,将船体结构简化为等截面直梁,以炸药在船体梁中部正下方爆炸工况为研究对象,将水下爆炸载荷压力曲线划分为5个典型阶段,建立了冲击波和气泡联合作用下船体梁整体运动的简化理论模型,分别研究了船体梁全弹性和弹塑性运动模式,特别分析了梁进入塑性运动后反复加载、卸载的响应过程,最后结合船体梁模型水下爆炸实验结果对该理论方法进行了验证,同时对比分析了爆距、梁长等参数变化对梁整体运动响应的一般影响特性。研究表明:所建立的水下爆炸作用下船体梁整体运动响应理论模型能够反映船体梁发生整体弹性和塑性运动时的响应特征;当水下爆炸近距发生于梁中部正下方,且爆炸气泡第一次脉动频率与梁一阶湿频率相近时,船体梁更容易发生整体中垂损伤。     

水下耐压结构拓扑优化设计方法探究

探究了拓扑优化设计方法在水下耐压结构设计中的应用。与固定载荷作用下结构的优化设计相比,此类问题需要正确地确定压力作用面。在拓扑优化过程中,利用变密度法得到的中间结构拓扑实际上可以看成是灰度图。基于此,提出了基于图像分割技术的压力加载面搜索方法,并利用距离正规化水平集方法(DRLSE)检测图像边界。利用数值算例验证了方法的有效性,并研究了静水压力作用下结构的拓扑优化设计问题。在给定材料约束的前提下,研究了不同边界条件下耐压壳体的最小柔顺度及最优结构拓扑形式。优化结果说明了该方法在多球交接耐压壳结构形式优化设计及复杂边界条件下耐压结构新形式探索中的工程应用价值。