水中阻尼复合壳体结构声振特性的数值分析方法研究综述

综述了国内外对水中阻尼复合壳体结构声振特性的研究进展与现状，讨论了阻尼复合壳体结构在水中的振动特性、声辐射和声透射的研究情况。重点介绍了相关数值分析方法的研究概况，并提出了该领域有待进一步研究的几个问题。     

纤维增强攻坚战斗部在混凝土中爆炸威力试验研究

为考核纤维增强攻坚战斗部在混凝土中的爆炸毁伤效应,对裸装药、复合材料壳体、钢壳体装药在混凝土靶中的爆炸破坏效应进行了对比试验研究。试验结果表明,同样装药情况下,裸装药爆炸产生的破坏区域大于复合壳体及钢壳体装药;复合材料壳体装药在阻抗匹配方面要比钢壳体装药好,更利于爆炸冲击波的传播;同样装药情况下,复合材料壳体装药爆炸对靶体爆炸驱动有效能量大于钢壳体装药。     

水中爆炸实验装置结构设计与冲击波防护措施研究

建设相对条件固定的水中爆炸实验装置,为开展水中工程结构和装备进行抗爆性能实验研究提供了重要保证。本文设计和建设了具有多种功能的水中爆炸大型实验装置,该装置由爆炸水池、轻钢滑动提升装置、储气加压装置、筛网架、水中爆炸压力测试系统与测试室等组成。根据一维弹性平面波理论,对该装置爆炸水池结构设计的主要问题和抗爆隔震性能进行了分析,研究了纵波入射时水池结构内部不同介质应力波传播情况和破坏模式。并运用气泡帷幕防护技术,对降低水中爆炸冲击波防护措施可行性进行了初步试验研究和探讨,验证了该水中爆炸实验装置结构设计的合理性和降低水中冲击波防护措施的有效性。     

空心玻璃微球-混凝土复合材料的破坏与耗能的研究

为了获得的制作工艺简单的孔隙材料,利用水泥和空心玻璃微球制成含有孔隙的复合材料,并将该复合材料制成圆柱壳体,进行水下内爆炸实验。通过水下爆炸测试系统得到了爆炸过程中水中超压波形,并结合高速摄影技术捕捉壳体的变形破坏过程。实验结果表明,药柱爆炸后1.5ms,爆炸载荷在复合材料柱壳中形成破裂分界面;柱壳的破坏类型依次为顶部的气泡脉动、中间的爆炸冲击波的膨胀压缩和底部的应力波的拉伸破坏。结合水中超压经验公式和超压的实测值计算了水中冲击波能量占总爆炸能量的比例,计算结果表明空心玻璃微球-混凝土复合材料对爆炸能量能具有良好的耗散作用。     

圆锥-球缺药型罩聚能战斗部结构优化设计？

针对现代舰船抗爆炸与冲击能力的日益提升,提出了一种圆锥-球缺组合药型罩聚能战斗部在鱼雷上的应用,建立了该战斗部水中接触爆炸钢质靶板的力学物理模型,并通过试验对数值模拟结果进行了验证性研究。采用正交设计方法,设计了16种不同参数的圆锥-球缺聚能战斗部的结构,利用该模型进行了数值计算,得到了战斗部的最佳结构,为高效聚能战斗部的设计提供了理论依据。     

柔性材料对爆炸载荷的缓冲效应研究

建立了柔性材料桙钢复合壳体在爆炸载荷作用下应力波传播问题的完备方程组;使用有限元方法完成 了对复合壳体在爆炸载荷作用下应力波传播规律的系列数值模拟,并着重讨论了不同炸药层和柔性材料层厚度 对柔性材料与钢交界面载荷的影响。     

复合壳体抗水下爆炸作用机理研究

结合应力波在介质界面的反射透射机理以及应力波的衰减规律对复合壳体抗水下爆炸冲击作用进行了研究,找出了影响应力波衰减的显著因子,并提出了"匹配系数"的概念,为设计具有最佳防护效果的复合壳体提供了理论依据.     

多设备源激励下水中柱壳结构声振特性研究

研究多个设备振动激励下的水中有限长圆柱壳体振动与声辐射特性。基于薄壳理论,建立单频多个设备振动激励下水中有限长圆柱壳体的声振耦合方程,采用模态展开法推导出多源激励下壳体振动响应和辐射声功率的解析表达式,分析设备激励源数、激励形式及其组合方式等对壳体振动响应和辐射声功率的影响规律。研究表明:多设备振动激励作用下,施加的多点激励力间距越大,壳体结构振速响应和辐射声功率越低;沿周向施加线激励力,不易激起壳体振动与声辐射,而沿轴向施加的激励力越集中,所激起壳体的振动与声辐射越强;在激励力合力相同的条件下,增加激励力接触面积可有效隔声。研究结果可为水下航行体的振动噪声控制提供理论依据。     

基于AUTODYN的潜艇典型舱段水中爆炸冲击损伤研究

针对双层壳体潜艇在鱼雷等水中兵器爆炸作用下壳体的变形及破损问题,采用AUTODYN有限元软件,分析了潜艇典型舱段,在鱼雷接触命中及爆距分别为2、4、6m条件下,双层壳体潜艇的壳体破口及变形。计算结果表明,潜艇在鱼雷接触命中条件下,耐压及非耐压壳体均出现较大破口,且耐压壳体破口范围更大;在鱼雷2m爆距条件下,潜艇耐压壳体出现较大破口,非耐压壳体出现较大塑性变形;在鱼雷4、6m爆距条件下,耐压及非耐压壳体均有较大塑性变形。     

水下爆炸条件下不同装药对水面舰船冲击环境的影响试验研究

水下非接触爆炸产生的冲击往往会造成舰船设备的大范围破坏,从而影响舰船的生命力和战斗力。为此,对以船体结构动响应为输入条件的船用设备冲击环境的研究受到了各国海军的重视。其中,研究水下爆炸载荷与舰船冲击环境之间的联系对于舰船设备抗冲击设计以及提高水中兵器作战效能等都具有极其重要的意义。利用某型船的整体缩比模型进行水下非接触爆炸试验,通过自由场水下爆炸载荷和缩比模型冲击环境变化规律对比,得出了冲击环境主要参数与水下爆炸载荷之间的关系,试验结果具有参考价值。     

不同药型罩聚能装药水中接触爆炸毁伤效应

运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了圆锥罩、球缺罩及其组合形式的3种药型罩聚能装药水中接触爆炸单层靶板及带含水夹层靶板的数值模型,并对比分析了3种药型罩水中接触爆炸对目标的毁伤效应。结果表明,组合药型罩聚能装药对目标的毁伤效应相对于单一药型罩显著增强,有利于破坏带含水夹层的目标。     

多次水下爆炸作用下钢板与焊接钢板冲击损伤特性

为了研究舰船结构在多次水下爆炸载荷作用下的抗爆抗冲击能力,基于水下爆炸鼓胀试验分别开展了5 mm、12 mm的船用A32背空钢板及焊接板的多次水下爆炸试验,得到了钢板与焊接板的塑性变形历程,测量并计算了钢板与焊接板受冲击区域沿半径各点处的挠度及厚度减薄率,分析了钢板与焊接板的塑性变形规律。结果表明:多次水下爆炸载荷作用下,焊接板与钢板的塑性变形形貌呈类球冠形,二者的厚度减薄率从中心位置到边界处呈先减小再增大的趋势,但焊接板的挠度小于钢板的挠度。A32钢板的变形模式主要为弯曲和拉伸变形,焊接板以弯曲变形为主。持续增加的水下爆炸载荷导致钢板中心位置与边界处拉伸断裂,而焊接板的焊缝及其热影响区发生脆性断裂。     

小当量柱型装药水下近场爆炸固支单层方形钢板毁伤特性研究

为研究小当量柱形装药水下近场爆炸固支单层方形钢板毁伤特性,采用高精度龙格库塔间断迦辽金(Runge-Kutta discontinuous Galerkin,RKDG)方法求解柱形装药水下近场爆炸载荷,并与水下爆炸经验公式进行对比,吻合良好。将计算得到的爆炸载荷加载到LS-DYNA非线性有限元求解器中,得到固支单层方形钢板的毁伤特性,与试验结果进行对比,证明模型的精确性,表明龙格库塔间断迦辽金-有限元法(Runge-Kutta discontinuous Galerkin-finite element method,RKDG-FEM)耦合计算模型能够精确模拟柱形装药在近场爆炸条件下固支单层方形钢板的响应特性。随后研究了固支单层方形钢板在板厚4 mm、药量5~30 g和板厚3~8 mm、药量20 g的毁伤模式。研究发现,固支单层方形钢板的毁伤模式主要为塑性大变形、花瓣型破口和冲塞型圆形破口等。并拟合了考虑药量、板厚因素的破口尺寸估算公式,可为小当量柱形装药水下近场爆炸单层板的毁伤研究提供参考。     

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。     

水下爆炸作用下固支多层片组结构的塑性毁伤研究

为研究固支多层片组结构在水下爆炸作用下的毁伤行为,以能量法为基础,建立了典型多层片组结构在水下爆炸冲击波作用下的塑性响应模型,给出了一定爆炸载荷迎面作用下固支多层片组结构的塑性变形以及剪切断裂毁伤计算方法。利用AUTODYN仿真软件,对不同工况下固支多层片组结构的毁伤进行了仿真研究,并开展了水下爆炸毁伤试验,测试了水下爆炸冲击波参数和多层片组结构的毁伤情况。结合数值模拟和试验结果可知,该理论模型可以很好的预测多层片组结构的毁伤破坏情况,包括其塑性变形层数、剪切破坏层数和最大破坏深度,为水下多层防护结构抗冲击设计提供了一定的依据。     

水下爆炸深度对码头框架结构损伤的影响

为了探究水下爆炸冲击作用下框架码头的结构损伤,确定最不利起爆位置,结合实际工程结构,建立了水下爆炸和两层码头框架结构的全耦合模型,验证了所用全耦合建模方法以及所采用材料模型的正确性和可靠性,分析了冲击波传至码头结构时不同深度下码头结构的破坏模式.结果表明:利用全耦合方法以及选取RHT混凝土材料模型来研究爆炸冲击下结构损...     

水下爆炸深度对码头框架结构损伤的影响

为了探究水下爆炸冲击作用下框架码头的结构损伤,确定最不利起爆位置,结合实际工程结构,建立了水下爆炸和两层码头框架结构的全耦合模型,验证了所用全耦合建模方法以及所采用材料模型的正确性和可靠性,分析了冲击波传至码头结构时不同深度下码头结构的破坏模式。结果表明:利用全耦合方法以及选取RHT混凝土材料模型来研究爆炸冲击下结构损伤破坏是准确的,模拟结果也是可信的。随着爆深的增加,码头结构的损伤破坏由局部损伤变为整体损伤再变为局部损伤。当爆深H=7 m位于码头框架结构一层附近时,结构极易发生因位移过大而导致的整体剪切破坏。     

重力坝水下接触爆炸的数值分析

采用显式程序AUTODYN中的Euler-Lagrange耦合算法模拟混凝土重力坝水下接触爆炸。研究在不同炸点的水下接触爆炸荷载作用下大坝的动力响应以及损伤裂纹分布特点。针对上述特点采用泡沫铝作为抗爆材料,研究了泡沫铝的抗爆效果。研究结果表明:采用泡沫铝作为大坝水下爆炸抗爆材料能大幅降低爆炸冲击波幅值,减小大坝的动力响应,同时能减小爆炸对坝体产生损伤及裂纹分布范围,具有良好的抗爆性能。     

固支方板在水下爆炸气泡射流作用下动态响应

为研究水下爆炸气泡溃灭发生射流时对水中结构的影响,借助于商用瞬态动力学有限元软件MSC. Dytran,对固支方板在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行研究。对底部爆炸和侧面爆炸两种典型情况进行计算,将气泡运动过程与试验结果进行对比分析,两者吻合较好,验证所建立方法的可行性。在此基础上,对射流发生时流场情况以及固支方板的响应特点进行分析,认为射流载荷是局部载荷,可以引起严重的局部破坏,在近场水下爆炸研究中必须予以重视。