关于箱型梁结构提高舰船抗舱内爆炸可靠性水平的研究

针对箱型梁结构舰船和普通结构舰船,综合考虑多种随机变量的影响,分别计算其在舱内爆炸载荷作用下的结构可靠性,并进行比较分析,从而对箱型梁结构提高舰船抗舱内爆炸可靠性水平进行评价。爆炸载荷作用下的结构响应采用流固耦合方法,借助MSC-Dytran软件进行计算。结构失效概率采用Monte-Carlo方法,通过最大熵法拟合程序进行计算。研究结果表明:箱型梁结构对于降低内部爆炸载荷下01甲板产生破口概率和炸点正上方区域发生塑性大变形概率的作用并不明显,但是能够明显降低01甲板产生横向和纵向大变形的概率。     

舱内爆炸载荷下双层横舱壁设计初探

欧洲各海军强国为了提高舰船的生命力,在舱内采用双层横舱壁结构。文中对一常规舱段结构双层横舱壁,采用数值仿真的方法对舱内爆炸下的结构响应进行研究。讨论爆炸冲击波在舱室内传播过程、舱壁载荷分布及其结构响应,研究舱内爆炸下双层横舱壁结构的破坏模式。针对其破坏模式,文中对双层横舱壁的抗爆设计做了初步探讨,提出增加角隅处横舱壁板厚以及在两道舱壁之间添加纵向隔壁的改进设计方案。通过计算分析,认为采用改进方案能有效增加双层横舱壁抗爆性能。     

爆炸载荷作用下弹性结构动力可靠性研究

为了研究随机爆炸载荷对弹性结构安全性能的影响,基于有限体积法（FVM）发展了一种爆炸载荷作用下弹性结构动力可靠度的计算方法。基于FVM的控制方程推导出响应量对基本随机变量偏导的显式求解方程;将响应量在随机变量的均值点处进行泰勒展开,略去高阶项,并在展开式两端同时取均值和方差可求得响应量的均值和方差等数字特性;在此基础上利用一次二阶矩法求解结构的可靠性指标。为了证明该方法的可行性,考虑炸药的装药量、爆距及结构的屈服应力作为基本随机变量,计算了固支板在远场爆炸载荷作用下的可靠度,并分别与响应面法和蒙特卡洛法做了对比,结果表明该方法具有较高的效率和精度,能够为工程实践提供参考。     

双曲线型壳体结构爆炸载荷数值模拟

利用数值模拟技术研究了地面爆炸冲击波与双曲线型壳体结构相互作用的模拟方法及作用于结构表面上爆炸载荷的预测方法。采用多物质欧拉与拉格朗日耦合算法,建立了不同比例距离下TNT炸药-结构耦合模型。通过参数分析,研究了结构表面爆炸载荷超压峰值沿环向和高度的分布规律,以及基本点反射超压峰值放大系数,并给出了拟合函数表达式。结果表明,结构背面(0°~90°区域)载荷超压峰值相比正面的超压峰值很小,在分析结构动力响应时可以忽略不计;载荷超压峰值沿环向及高度的分布与比例距离关系不明显,除环向局部分布需要用波形函数拟合外,其余部分均可以用线性函数拟合;基本点反射超压峰值放大系数与比例距离呈指数关系。结合已有的研究结论,建议了双曲线型壳体结构爆炸冲击载荷模型。     

水下爆炸近距气泡作用下船体箱型梁损伤特性数值模拟方法研究

为了研究水下爆炸近距气泡作用下船体结构损伤特性的数值模拟方法,以某实船缩比试验模型——箱型梁为仿真对象,应用MSC-DYTRAN非线性瞬态有限元分析软件,建立了船体箱型梁在水下爆炸近距气泡作用下的仿真模型,欧拉水域中考虑静水压力场,采用开放式流场边界技术处理流场边界,应用自适应网格技术处理多材料多欧拉域,引入修正的冲击波压力场对冲击波作用阶段进行修正。对冲击因子为0.236的典型试验工况进行数值模拟,分析了箱型梁在近距气泡作用下的破坏机理,并将数值计算结果与试验结果进行对比,结果表明:船体结构与气泡相互作用规律、船体结构的破坏模式及典型部位的应变时程曲线与试验结果吻合良好,两者误差在25%以内,该方法为利用数值手段研究爆炸气泡对整船的毁伤特性提供了一个有效的解决途径。     

水下爆炸冲击波和气泡脉动载荷联合作用下舰船冲击响应研究

该文以水面舰艇为研究目标,采用ABAQUS软件作为数值模拟软件,分析舰船在水下爆炸冲击波载荷和气泡脉动载荷共同作用下的响应,解决ABAQUS计算大变形问题时的单元失效,获取舰船的加速度响应、应力响应和外板局部变形的规律。获得以下结论:爆炸载荷的垂向作用为舰船响应的主要施加者,爆炸后产生的冲击波最先接触到船底迎爆面,后沿垂向构件向顶部传递;由于垂向构件的隔振作用,导致舰船底部的响应会显著大于上层结构,且越往上响应越小。加速度响应总是由下至上逐渐减小,离爆点越近的区域加速度峰值越大,相同位置不同层甲板处测点的加速度峰值也各不相同。冲击载荷主要作用在舰船底部迎爆面处,舰船底部的应力要远大于上层结构,即船底外板中心处的应力最大;由于爆炸作用的区域比较大,舰艏和舰艉相对中部迎爆面来说要小得多。数值分析所得的舰艇在冲击波和气泡脉动载荷联合作用下的响应规律与理论分析情况吻合较好,可为舰艇抗冲击结构的设计提供参考。     

等效爆炸载荷下FRP船体结构的性能比较

水下爆炸对船体的作用一是直接压力,另一个是使船体产生加速度,而且,不仅仅是船体产生加速度,其附加质量(也称附连水质量)也产生相应的加速度,即:爆炸要同时改变船体和附加质量的动量和动能。水下爆炸作用下结构物的相应研究极其复杂,计算量极大。该文以复合材料船体结构形式选型为目的,根据能量原理、动量原理和达朗贝尔原理,将爆炸载荷等效为静载。研究5种船体构造形式对此等效静载的响应,据此选择船体结构形式。5种船体型线相同,结构形式分别为单板横向加筋、单板纵向加筋、单板双向加筋、硬壳式和夹层式结构,在船体所受外载相同,船体重量相等的条件下,通过有限元法,分析等效水下爆炸载荷下船体的响应与性能。根据船体的应力与变形分析,对其强度、刚度、剖面模数及综合性能进行比较,为结构选型提供数值分析依据。挑选出既符合结构性能,又能满足使用要求的结构形式。     

内爆炸载荷下双层钢管结构的动力响应

采用实验与数值模拟相结合的方法研究了双层钢管结构在内爆炸载荷作用下的动力响应。考察了内外层钢管的壁厚设置与炸药质量对结构变形失效模式及其抗爆性能的影响。结果表明:与外管壁厚相比,内管壁厚对结构变形失效模式起主导作用,随着炸药质量的增加,内管壁厚对结构变形的影响逐渐减弱;并且内管壁厚的改变显著影响结构的能量分配机制,增加炸药质量时,外管能量耗散增幅大于内管。     

BE型橡胶隔振器冲击极限载荷研究

采用试验方法对BE型橡胶隔振器的冲击极限进行探索,获得隔振元件的冲击极限及极限载荷下的破坏模式。通过有限元软件ABAQUS,采用Marlow模型模拟橡胶材料,对BE型橡胶隔振器的抗冲性能进行数值模拟,无论极限载荷还是隔振元件的破坏模式,数值结果均与试验结果吻合较好,表明该数值方法能有效模拟隔振器的抗冲性能,是研究橡胶隔振器冲击极限载荷的一种有效手段。     

基于双渐进方法的水下爆炸气泡载荷作用下舰船的动态响应分析

通过建立一套有限元方法与双渐进方法（DAA）相结合的计算程序,研究了水下爆炸气泡作用下舰船模型的动态响应。阐述了水下爆炸气泡与水面舰船结构之间的流固耦合理论分析。分别建立了一个考虑气泡迁移,自由面效应和气泡阻力的气泡模型和一个水面舰船船体模型。研究了气泡作用下船模的总体响应和局部响应。得到了不同位置的加速度,速度和位移时程曲线。详细讨论了水下爆炸气泡作用下船模总体响应和局部响应的特征与机理。     

爆炸载荷下多胞元液舱结构的防护效能研究

为探究多胞元液舱结构对爆炸载荷的防护效能,提出了内凹多胞元液舱结构,建立了常规液舱结构、内凹多胞元液舱结构的三维数值模拟模型,比较了两类结构在不同强度的爆炸载荷作用下的响应和防护特性,讨论了充液方式变化对多胞元液舱结构抗爆效能的影响。结果表明：在爆炸载荷作用下,完全充液液舱结构的前、后面板均呈现出与爆轰方向一致的弯曲变形,其余外侧面板呈现出向结构外部的弯曲变形,部分充液液舱结构的变形形貌与充液位置有关;在对结构进行完全充液时,内凹多胞元液舱结构的抗爆效能优于常规液舱结构;在对结构进行部分充液时,于近爆端进行部分充液的内凹多胞元液舱结构的抗爆效能优于常规液舱结构,于远爆端进行部分充液的内凹多胞元液舱结构的抗爆效能劣于常规液舱结构。     

爆炸载荷作用下的岩石损伤断裂研究

岩石爆破机理是一个复杂的问题,目前理论研究还不是很成熟。根据以往经典固体力学方法解释岩石在爆炸载荷作用下的力学行为,是无法揭示岩石爆破破碎的全过程,也难以确定岩石内的损伤和破坏程度;采用细观力学方法可以深入了解岩石内部从损伤到破碎全过程。岩石爆破损伤断裂机理是由岩石爆破机理和岩石细观损伤力学理论组成的。本文在分析研究现有岩石爆破模型的基础上,指出了现有的岩石爆破损伤模型存在的不足及发展方向;并进行了水中爆炸实验,分析了激波对水泥试样的损伤特性。     

爆炸载荷作用下的岩石损伤断裂研究

岩石爆破机理是一个复杂的问题,目前理论研究还不是很成熟。根据以往经典固体力学方法解释岩石在爆炸载荷作用下的力学行为,是无法揭示岩石爆破破碎的全过程,也难以确定岩石内的损伤和破坏程度;采用细观力学方法可以深入了解岩石内部从损伤到破碎全过程。岩石爆破损伤断裂机理是由岩石爆破机理和岩石细观损伤力学理论组成的。本文在分析研究现有岩石爆破模型的基础上,指出了现有的岩石爆破损伤模型存在的不足及发展方向;并进行了水中爆炸实验,分析了激波对水泥试样的损伤特性。     

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。     

舰船单元结构模型水下接触爆炸破口试验研究

以3种舰船单元结构模型水下接触爆炸试验为基础，对结构模型所产生的变形、破口尺寸、破口形状进行了观测与分析，查找并发现结构中的薄弱环节，提出了板架结构加强筋相对刚度概念，确定了破口长度的估算系数，同时为舰船结构在水下爆炸作用下的破口数值计算提供了试验数据，如材料断裂极限应变等。     

预应力箱型梁特性的分析

本文通过采用箱型模型梁和索相结合的形式,对预应力箱型梁进行非线性有限元分析,采用ANSYS分析与试验相结合的方法对预应力箱型梁的变形进行研究,分析影响预应力箱型梁变形的因素。得出大跨度预应力梁将对于工程应用的实际意义。     

GS2型钢丝绳隔振器极限冲击载荷研究

采用试验方法对GS2型钢丝绳隔振器的极限冲击载荷进行探索,隔振器发生较大永久变形时隔振器达到冲击极限。此外,基于通用有限元软件ABAQUS对GS2型钢丝绳隔振器的抗冲性能进行数值模拟,并与试验结果进行比较,取得较好的效果,这为类似钢丝绳隔振器的抗冲动态特性研究提供了一种简单、合理的工程设计借鉴。     

超高模板支架的极限承载能力研究

近年来超高模板支架坍塌事故经常发生,承载力不足是主要原因,该文对模板支架的初始缺陷进行实测,统计分析测量数据,考虑较大的初始弯曲率和不足的钢管壁厚,提出一个新的极限承载力公式;通过非线性有限元理论计算,给出了初始弯曲率和钢管壁厚对极限承载力的影响系数;通过弹性稳定性分析,找出了不同立杆超出顶层水平杆长度下超高模板支架的临界荷载及失稳模态的变化规律,为今后的深入研究打下基础。     

计算结构极限载荷的修正弹性补偿法

为减少弹性补偿法(ECM)在计算复杂结构的极限载荷时存在的较大误差,通过引入调整因子f提出了一种修正的弹性补偿法(MECM)。该方法在保留弹性补偿法简单、高效等优点的基础上,提高了复杂结构极限载荷的计算精度。通过三个典型算例比较了弹塑性增量法(EPAM)、两倍弹性斜率法(TESM)、弹性补偿法以及修正弹性补偿法的计算结果,表明修正弹性补偿法对于复杂结构能获得较高的计算精度。