;近距水下爆炸作用下箱形梁模型中垂破坏试验研究

利用大型室内爆炸筒对两个水面箱形梁模型进行近距水下爆炸试验,用高速摄影记录模型在气泡作用下的运动变形及中垂破坏过程。试验发现,气泡收缩时,近距船底边界阻碍流体运动并在气泡上方产生空化区域,增加了气泡负压的作用强度和作用时间,是模型发生中垂破坏的主要原因。同时,当模型垂向振动频率与气泡脉动频率接近时,冲击波引起的模型垂向振动与气泡负压作用叠加,增加了模型发生中垂破坏的可能。试验研究了爆距的改变对气泡负压作用以及冲击垂向振动幅值的影响。试验结果表明,只有当爆距小于2倍气泡最大半径时,近距边界效应不可忽略。     

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。     

爆炸载荷作用下单向加筋方板的大挠度塑性动力响应分析

从分别列出加筋板面板以及加强筋的运动方程出发,详细分析了爆炸载荷作用下单向加筋固支方板的大挠度塑性动力响应.分析表明:取决于加强筋的相对刚度以及载荷峰值的大小,加筋板的运动将呈现三种不同的模式.限于讨论加筋板的总体变形模式.首先讨论了同时计及弯矩和面力(轴力)作用的解析解,在此基础上进一步讨论了忽略弯矩影响的薄膜解以及能量解.理论结果与已有的试验结果在多数情况下符合良好,表明提出的简化理论分析方法能对爆炸载荷下单向加筋固支方板的永久变形做出较为合理的预报.     

两装药水下爆炸毁伤目标振动信号时频分析

针对某水下目标抗水下爆炸试验数据,研究两装药水爆炸下冲击波的相互作用及气泡脉动的相互作用现象,分析非平稳结构响应信号时频特征,分别提取前爆冲击波、后爆冲击波及前爆气泡脉动三个不同时段信号进行能量与频率分析,并由此确定不同时段对目标毁伤的影响。结果表明,后爆冲击波能量最大,前爆冲击波与后爆冲击波均处于较宽频率范围,主要作用在780 Hz以上,前爆气泡脉动能量主要作用在100～400 Hz内。与结构自振频率频段重合,因此前爆气泡脉动作用不可忽视。     

空中近距爆炸下加筋板架的毁伤模式仿真研究

为研究导弹战斗部近距爆炸下舰船舷侧板架结构的毁伤模式及其转化规律,通过有限元模拟,研究了柱状炸药在矩形加筋板架中心正上方爆炸时加筋板架的毁伤模式及不同毁伤模式之间转化的临界爆距,分析了比例距离r和损伤因子Df对毁伤模式的影响,得到了关于D0f.5和r的毁伤模式判别图,提出了不同毁伤模式的判别方法,给出了预测不同毁伤模式之间转化的临界爆距的计算公式。结果表明,对于给定的药量和板架结构,若(rD0f.5)>0.023 3 m/kg1/3,则随爆距的减小,加筋板架依次经历模式Ⅰ(仅出现塑性大变形)、模式Ⅱ(长边中间出现拉伸撕裂)和模式Ⅲ(中央出现破口)这3种毁伤模式;若(rD0f.5)0.023 3 m/kg1/3,则随爆距的减小,加筋板架仅依次经历模式Ⅰ和模式Ⅲ。     

非接触爆炸冲击载荷对防盗门作用数值模拟研究

为实现反恐行动中非接触爆炸冲击波破门目标,针对金属防盗门实际条件建立数值仿真模型,重点研究了防盗门在非接触爆炸冲击载荷作用下塑性变形破坏过程及规律。结果表明：相同爆炸冲击载荷作用下,实际转动条件防盗门板塑性变形动力响应时间延长,最大变形量远大于四边固支条件下门板变形量;爆炸中心与防盗门距离过近,门板受爆炸产物和空气冲击波共同作用,只出现局部破坏,不能实现门板整体塑性变形;拟合了防盗门板在非接触爆炸冲击载荷作用下变形量计算式,可为反恐破门弹药设计提供依据。     

基于LS-DGF-DG方法的船体板架结构近场水下爆炸毁伤特性研究

基于可压缩流体力学基本理论,采用间断迦辽金(DG)方法结合直接虚拟流(DGF)方法和水平集(LS)方法(LS-DGF-DG方法),首先建立水下爆炸爆轰模型,对不同装药形式的水下爆炸冲击波载荷进行对比研究,分析讨论装药形状对冲击波载荷特性和爆轰产物初始形态的影响,随后将数值结果与经验公式进行对比,验证LS-DGF-DG计算程序的有效性,最后通过非线性有限元软件ABAQUS建立船体加筋板架模型,将LS-DGF-DG计算得到的近场水下爆炸载荷传输给ABAQUS,模拟加筋板架结构在近场水下爆炸载荷作用下的毁伤过程,并将计算结果与实验进行对比分析,总结相关规律。结果表明:起爆初期,柱形装药逐渐形成椭球形的爆轰产物,最终膨胀为球形;装药径向的冲击波压力峰值高于轴向,柱形装药的冲击波压力峰值高于球形装药的压力峰值;在近场水下爆炸载荷的作用下,加筋板架结构出现塑性大变形和剪切破坏的现象,数值结果与试验值吻合良好;加强筋的强弱对板架结构的破坏模式和塑性变形程度有较大影响,加强筋较强,破坏首先从加强筋位置出现,加强筋较弱,破坏主要出现在固支边界处。     

圆柱壳结构水下爆炸所致鞭状运动特性研究

针对水下爆炸产生的周期性气泡脉动载荷诱导潜艇等细长体结构鞭状运动危及总强度问题,对鞭状运动特性进行研究。采用Morison相对速度模型与船体梁显式积分法,建立圆柱壳结构水下爆炸载荷的鞭状运动工程计算模型,并用试验结果对模型进行验证;通过对水下爆炸诱导的鞭状运动时、频域特性分析,获得爆点水深、轴向偏移、爆距等工况参数对其影响规律,可为潜艇抗冲击设计、研究提供参考。     

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.     

浅水爆炸下高桩钢管柱表面作用荷载实验研究

通过不同炸药量、不同爆炸距离、不同起爆深度的水中爆炸模型实验,研究了浅水爆炸条件下高桩钢管柱表面压力特征和空间分布规律,分析了比例爆距对冲击波峰值及空间分布影响,给出了钢管柱表面冲击波反射系数、绕射系数和抗爆设计中实际作用冲击波的工程算法。研究结果表明:水中爆炸作用下,反射和绕射冲击波近似同时作用在钢管柱表面,峰值沿柱身高度方向非均匀分;冲击波受水面影响程度相对较小,二次气泡脉动受水面影响程度较大;反射和绕射冲击波峰值均随炸药量增加、作用距离减小而增加。比例爆距相同,反射冲击波峰值相同,但炸药量小、爆炸距离近的实验工况绕射冲击波峰值相对较小;钢管柱表面冲击波反射系数和绕射系数随比例爆距增加而减小。比例爆距≥1.71时,钢管柱实际作用冲击波峰值可近似按自由场冲击波峰值的1.37倍计算。     

基于SPH-FEM方法的水下近场爆炸数值模拟研究

针对结构水下近场爆炸载荷作用响应求解难点,通过改进的三维轴对称光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)计算获得近场爆炸载荷后传输给非线性有限元软件ABAQUS,利用声固耦合模型对结构响应进行时域非线性计算,形成预报水下近场爆炸载荷对结构毁伤的SPH-FEM模型,实现从药包起爆、结构大幅变形、局部撕裂直至完全剪切破坏的全过程模拟,对载荷时历曲线进行试验验证。计算背空矩形钢板在近场爆炸载荷的响应表明,数值结果与试验值吻合良好。SPH-FEM模型计算效率高、可操作性强,易推广至大型复杂结构受水下近场爆炸毁伤的分析与评估。     

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。     

水下爆炸载荷作用下加肋圆柱壳应变响应研究

采用加肋圆柱壳结构模型模拟潜艇结构,对其在水下爆炸冲击载荷作用下的响应过程进行试验研究。结果表明:采用应变测量的方法对结构进行模态分析是可行的;受附连水质量的影响,加肋圆柱壳结构的低阶湿模态频率较干模态频率显著下降;在爆炸载荷作用下,距离爆炸点越近结构承受的冲击作用越严重,越容易产生塑性破坏;应变的最大响应是冲击波载荷和一次脉动压力载荷共同作用的结果,第二次脉动压力对结构的动态应变响应贡献不明显。     

水下爆炸应力波在含声学覆盖层结构中的传播规律

 针对舰船的含声学覆盖层结构,对水下爆炸作用下应力波在该结构中的传播规律进行研究。采用二阶Godunov方法,建立水下爆炸应力波在多层介质中传播的计算模型,并与经典Taylor平板解析解进行对比验证;通过对不同工况下的应力波传播规律分析,获得边界条件、声学覆盖层厚度等参数对其影响规律,可为舰艇抗冲击设计、研究提供参考。     

垂直刚性面边界条件下水下爆炸气泡运动的理论研究

为研究垂直边界面对水下爆炸气泡脉动的影响，根据势流理论建立了垂直边界面奈件下水下爆炸气泡运动的理论模型，编制计算程序进行求解。对水下爆炸气泡脉动运动的特点、流场的速度及压力的分布、气泡引起的栽荷形式进行了分析，结果表明，此模型能够反映水下爆炸气泡和周围流体介质的运动规律，并能进行定量的计算。     

水深和药量的变化对水下爆炸气泡射流的影响研究

假设水下爆炸气泡脉动阶段的流场是无旋、不可压缩的理想流体,运用势流理论导出气泡边界面运动的控制方程,应用气泡动力学模型,用时边界积分法求解得到气泡等边界的变形及位置,在气泡坍塌后运用环状数值模型模拟气泡的非球状回弹,并开发了相应的计算程序,计算结果与精确解吻合很好。运用该文开发的程序计算自由场中环状气泡的运动,计算了流场中滞后流的速度以及压力随时间的变化,并讨论了水深和药量的变化对水下爆炸气泡坍塌形成的射流速度以及气泡脉动周期的影响,得到一些有规律性的曲线,旨在为相关水下爆炸气泡动态特性研究提供参考。     

近自由面水下爆炸气泡运动的数值计算研究

采用体积加速度模型确定水下爆炸气泡运动的初始条件,基于MSC.DYTRAN有限元软件开发了定义流场初始条件和边界条件的子程序,对近水面水下爆炸气泡脉动全物理过程和自由面水冢运动特性进行了数值模拟,将气泡脉动全过程和水冢运动高度的计算结果分别与实验结果、经验公式进行对比,验证有限元模型建立和子程序开发的正确性.以此为基础...     

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     

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。     

深水爆炸载荷数值仿真研究

为了更好地研究水下爆炸载荷的特点,应用AUTODYN有限元程序,通过数值仿真得出深水水下爆炸冲击波载荷、气泡脉动载荷以及冲量,并与经验公式计算结果比较,同时分析了近场水下爆炸条件下圆形壳体结构的损伤。数值模拟得到的二次脉动压力、气泡大小、脉动周期等均与经验值接近,水下冲击波和气泡脉动的冲量大小相当,表明应用AUTODYN是研究水下爆炸现象的有效手段之一。