潜艇结构水下爆炸动态响应仿真研究

为了研究潜艇结构在水下爆炸作用下冲击响应的规律,以某潜艇为例,用冲击因子设置 30个工况,利用ABAQUS软件对潜艇结构进行数值计算.运用冲击谱方法处理结构上各部分的冲击加速度时历数据,得到各部分整体的平均谱速度响应随爆距变化曲线和随冲击因子的变化曲线.对结果的分析表明:运用冲击因子来描述潜艇冲击环境具有一定的可行性,各部分结构整体响应在等冲击因子下,改变爆距并没有明显变化;在等爆距情况下,结构冲击响应随冲击因子呈线性上升趋势变化.     

水下爆炸船体结构响应间断伽辽金法数值模拟

为求解水下爆炸强间断流场,采用Level Set方法定位多相流界面位置,应用虚拟流体方法处理邻近界面两侧物理量,并用RKDG方法进行空间和时间的离散,求解流场的Euler方程,并进行一维、二维评价,计算结果能够较好地反映水下爆炸冲击波产生、传播、反射和爆炸产物的膨胀等现象.最后,结合大型非线性有限元软件ABAQUS,模拟了船体板在水下爆炸载荷作用下的变形和响应特征.模拟结果表明,间断迦辽金法能够实现对水下爆炸船体结构响应精确模拟,板架结构响应与爆心距离成反比.     

水下爆炸冲击载荷作用下潜艇冲击环境仿真研究

以某潜艇的基本结构图为基础,建立三维有限元模型,对潜艇结构的冲击环境进行数值实验研究.潜艇的冲击环境是考核潜艇生命力问题的关键.文中利用大型结构分析软件ANSYS/LS-DYNA计算了艇体在不同的炸药当量、不同的起爆位置时的冲击环境,分析了潜艇艇体结构在不同的工况下的冲击响应.通过对潜艇在遭受典型武器攻击后的冲击环境和冲击因子的研究,给出了加速度峰值在潜艇不同部位的分布规律.数据分析表明:潜艇结构的冲击响应峰值在潜艇的不同部位有着不同的趋势,非耐压壳体和耐压壳体之间的各类液舱起到了相当于防爆水舱的作用,使潜艇的冲击环境得到了改善.这对潜艇的抗爆抗冲击性能研究具有一定的参考价值.     

水下爆炸冲击波数值模拟中的参数影响

为提高数值模拟水下爆炸冲击波的精度,研究了状态方程、网格密度、人工粘性对数值模拟的影响．以球形药包为例,采用有限元程序MSC．Dytran进行数值模拟,将结果与经验公式对比,分析了各参数的影响作用．结果表明,状态方程的形式对结果影响不大,而网格密度有很大影响．为确定最佳的网格密度,定义了一个描述网格密度的无因次量,并给出了不同药量时最佳无因次网格密度的范围．人工粘性能够较好地抑制冲击波压力计算中出现的数值振荡,但同时也引起了冲击波峰值的衰减．调整水的状态方程的系数,能够在保证数值模拟效果的同时,减少水域中的单元数量。     

水下爆炸气泡脉动的数值计算

水下近场爆炸可分为装药的爆轰、冲击波的产生和传播、气泡的形成和脉动.尽管气泡脉动压力峰值较冲击波小,但是近场水下爆炸气泡能量的衰减较冲击波慢,所以其对结构的影响却是不可忽视的.在充分考虑了能量的消耗,加入了虚拟力以及气泡能对整个气泡脉动特征的影响后,改进了水下爆炸引起气泡的脉动规律和水中压力分布规律的基本方程.利用采用龙格-库塔数值方法计算出了气泡的脉动直径、周期、速度和水中压力.所得计算结果与已有的各实验数据吻合良好.因此说明该方法对气泡脉动的描述非常符合真实情况.通过分析得出在近场时冲击波和气泡脉动压力波对于结构的破坏都有重要作用.     

水下爆炸条件舰船舱段局部强度仿真试验研究

以某舰船为例进行水下非接触爆炸数值仿真试验,通过典型舱段局部强度仿真试验考核舰船结构的抗爆抗冲击能力。采用Geers and Hunter模型计算水下爆炸载荷的冲击波压力,并且在考虑流固耦合问题的基础上,采用ABAQUS软件中的结构计算模块计算船体结构响应,对舰船局部强度校核评估。在不同舱段结构位置进行了不同冲击因子的水下爆炸数值试验,得到了主要船体舱段结构的动响应,并对舰船舱段结构局部强度进行抗冲击评估。仿真试验结果对于开展舰船结构局部强度的抗冲击评估具有重要意义。     

水下爆炸冲击波载荷作用下船底板架的塑性动力响应

为研究水面舰船结构抗水下爆炸的能力,建立了典型水面舰艇底部板架结构在水下爆炸冲击波作用下的塑性动力响应计算模型.模型以能量法为基础,将底部板架的响应过程分成整体变形和局部变形2个部分,根据两者的不同特点,分别采用骨架梁模型和固支矩形板模型进行计算,并引入能量分配机制,对两者所吸收的能量进行分配.为验证理论模型,建立了船底板板架的有限元模型,采用MSC.Dytran进行数值模拟,结果吻合较好.该计算模型可为水面舰艇船体典型结构抗冲击性能评估提供一定的依据.     

水下爆炸三维数值模拟特征参量敏感性分析

为探究水下爆炸三维数值模拟时网格尺寸和计算水域大小对计算精度的影响,并给出可平衡三维水下爆炸数值模拟精度与效率的参数设置,基于LS-DYNA水下爆炸三维自由场计算模型,以水下爆炸冲击波峰值、气泡脉动特性以及水域运动特性为衡量指标,在50～300 kg炸药爆炸质量下,分别分析了网格尺寸、水域大小对数值模拟精度的影响。研究结果表明：网格尺寸不大于1倍装药半径、炸药中心点到水域边界距离不小于4倍气泡最大膨胀半径时,软件可较为准确地模拟水下爆炸冲击波及第1次气泡脉动全过程。综合考虑计算精度与计算效率,建议进行水下爆炸数值模拟时,网格尺寸不大于1倍装药半径、炸药中心到水域边界距离不小于4倍气泡最大膨胀半径。     

声固耦合方法在舰船水下爆炸中的应用

文章旨在探讨用声固耦合算法模拟舰船水下爆炸是可行的.该文应用国际上通用的有限元程序ABAQUS中的声固耦合算法对舰船几种典型的水下爆炸模型进行了计算和分析,总结和分析了采用声固耦合算法进行水下爆炸数值模拟分析时应注意的方法和技巧,并把部分计算数据和实测数据进行对比分析,结果表明:运用数值分析的手段可以比较真实地模拟舰船水下爆炸的实际,计算结果与实测数据基本吻合,可以满足工程要求.对与水下爆炸相关的工程计算有一定参考价值.     

不同坝型重力坝水下接触爆炸特性研究

近半个世纪以来,中国成为世界上建坝数量最多的国家。需要评估爆炸荷载对于大坝的安全的影响。本文为研究水下不同炸点接触爆炸对混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型的动力响应以及破坏状态影响,进行了两种坝型的混凝土重力坝水下接触爆炸的动力响应及损伤破坏特性的对比分析。利用数值模拟方法计算了炸药在空气中爆炸对于混凝土板的损伤破坏,并与物理实验的结果进行对比。通过计算结果对比验证了所使用数值模型的正确性和可靠性。以混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型为研究对象,考虑炸药-库水-空气-混凝土重力坝结构之间的动力耦合关系,对比分析了水下接触爆炸冲击荷载作用下,两种坝型的挡水坝段坝体的动态响应及损伤破坏分布特性。通过对比分析可知：混凝土重力坝上游有折坡段的挡水坝段减小了水下接触爆炸对坝体的加速度、速度及位移的动力响应。混凝土重力坝上游无折坡比有折坡坝型的挡水坝段在水下接触爆炸冲击荷载作用下损伤范围更大、更为严重。通过以上结果可得到结论：混凝土重力坝上游折坡段可以有效地散射爆炸产生的应力波,减小混凝土重力坝的损伤破坏程度。     

Experimental and Numerical Investigations of the Dynamic Response of Ring-Stiffened Cylinder Subjected to Underwater Explosion

Experimental and numerical investigations were carried out on the free-free end ring-stiffened cylinder subjected to underwater explosion loading. Numerical analysis was carried out by using the MSC. DYTRAN finite element code and the results were compared with experiment results. General coupling was used to simulate the interaction between fluid and structure. The strain rate effect, geometric nonlinearity and initial abnormity in shape were considered. The effective plastic stress and the strain of shell between ribs on different locations were compared and damage mechanism were analyzed.     

Experimental and Numerical Study on the Gas Explosion in Urban Regulator Station

Regulator station is an important part in the urban gas transmission and distribution system. Once gas explosion occurs, the real explosion process and consequences of methane gas explosion in the regulator station were not revealed systematically. In this study, a full-scale experiment was carried out to simulate the regulator station explosion process, and some numerical simulations with a commercial CFD software called FLACS were conducted to analyze the effect of ignition and vent conditions on the blast overpressure and flame propagation. The experimental results demonstrated that the peak overpressure increased as the distance from the vent increased within a certain distance. And the maximum overpressure appeared 3 m away from the door, which was about 36.6 kPa. It was found that the pressure-time rising curves obtained from the simulation are basically the same as the ones from the experiment, however, the time of reaching the peak pressure was much shorter. The numerical simulation results show that the peak overpressures show an increase trend as the ignition height decreased and the vent relief pressure increased. It indicates that the damage and peak overpressure of gas explosion could be well predicted by FLACS in different styles of regulator station. In addition, the results help us to understand the internal mechanism and development process of gas explosion better. It also offers technical support for the safety protection of the urban regulator station.     

爆炸荷载下金属结构损伤的数值模拟

模拟了炸药爆炸对金属结构的破坏,以LS-DYNA为仿真平台,分析了所应用的材料模型,比较了不同单元网格密度对计算结果的影响．对于平面应变问题,比较了采用二维和三维模型时在算法方面的区别,并对它们计算的结果进行了对比．与实测结果对比表明,用LS-DYNA可以有效模拟金属结构在爆炸荷载作用下的冲击响应．     

尿素合成塔爆炸事故的数值模拟研究

针对尿素合成塔爆炸事故及过程分析,采用数值方法对尿素合成塔塔顶部的气相空间爆炸进行模拟,找出冲击波形成、传播规律、强度和进入液相传播的时间差;综合模拟冲击波进入液相传播的时间差和传播速度,计算得到冲击波在液相中位于尿素塔底部的叠加点位置及对应的冲击波叠加压力。结果表明,叠加后冲击波的压力显著增加,其强度足以造成该处筒体破坏,过热液体瞬间气化喷出,从而引发破坏更大的二次爆炸。     

Investigation on the Determination of Initial Shock Pressure at Near Interface Field of TNT Charge and Water for Underwater Explosion

There are few report on the directly measurement of the initial shock pressure of explosive charge at its interface of water for underwater explosion. The special technologies have been taken to the measurement system with manganin piezoresistive gauge （PRG） in order to measure the initial shock pressure at the interface and its near field of TNT chare and water. The free-holding PRG film gauge can directly determine the shock peak pressure at the interface and near field of TNT charge up to 12.85 GPa, which is satisfying for the good agreement to the 12.97 GPa with one dimensional theoretical analysis and 12.86 GPa with numerical simulation. The maximum discrepancy is 0.93 %. The results show that it is precise and reliable to determine the initial shock pressure of underwater explosion charge with the PRG technology.     

Numerical Simulation on Explosion in Double-Layer Medium of Concrete and Soil

The numerical simulation on explosion in concrete and soil is performed by using the three-dimension finite element code LS-DYNA, into which a continuum damage model which can well describe the fracture of concrete is implemented. As a consequence, wave propagation and attenuation in concrete and on soil-concrete interface are obtained respectively. Moreover, the damage regions of concrete at different thicknesses of soil （TOS） and depths of charge （DOC） are procured. The existent soil reduces damage region of concrete. Numerical results provide reference for design of warhead and protective structure and blasting.     

Numerical Simulation on Explosion in Double-Layer Medium of Concrete and Soil

The numerical simulation on explosion in concrete and soil is performed by using the three-dimension finite element code LS-DYNA, into which a continuum damage model which can well describe the fracture of concrete is implemented. As a consequence, wave propagation and attenuation in concrete and on soil-concrete interface are obtained respectively. Moreover, the damage regions of concrete at different thicknesses of soil (TOS) and depths of charge (DOC) are procured. The existent soil reduces damage region of concrete. Numerical results provide reference for design of warhead and protective structure and blasting.     

三层圆筒壁炉墙中间界面温度的数值解法

讨论了三层圆筒壁炉墙稳定态导热条件下中间界面温度的计算问题，并分析了中间界面温度函数的性质，进而提出了两种数值解法。     

型槽式爆炸容器动力学响应的数值模拟

型槽式容器作为一种特殊的压力容器,至今还没有被用作爆炸容器,文章把它用作爆炸容器,针对采用平板封头的型槽爆炸容器在不同因素影响下的动力学响应问题,应用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序进行数值模拟。结果表明,应变率效应对爆炸容器的动力特性影响显著。容器越长,所对应特征单元的有效塑性应变越小;容器的最外层的有效塑性应变在中环面处达到最大,并从中环面向极点逐次降低;封头处的有效塑性应变在其几何中心处达到最大,并从其几何中心向极点处逐次降低;型槽式爆炸容器的设计能提高容器的抗爆特性,型槽的形状对容器的抗爆特性同样产生影响。     

障碍物位置对瓦斯爆炸火焰传播影响的数值模拟

利用计算流体动力学软件FLUENT研究了受限空间内平行障碍物和交错障碍物对火焰形状的影响.模拟采用500mm×150mm二维矩形空间模型,计算了2个平行障碍物、2个交错障碍物、3个平行障碍物、3个交错障碍物等4种工况下的火焰发展过程.障碍物间距100 mm,阻塞率为0.5.选取k-epsilon Realizable湍流模型,P1辐射模型和涡耗散模型模拟瓦斯爆炸火焰传播.模拟结果表明:受到交错障碍物影响,10ms处已经出现明显的火焰湍流,且交错障碍物具有更大的预热区面积.火焰传播过程与实验相近,模拟结果可靠,为进一步利用数值模拟方法研究瓦斯爆炸相关内容提供了参考.