基于SPH方法的二维水下爆炸冲击载荷计算

水下爆炸包含了一系列复杂的物理过程,这些复杂的物理现象对数值计算提出了很高的要求.介绍了无网格光滑粒子流体动力学(SPH)方法在水下爆炸模拟中的应用,计算了TNT在近似无限水域中爆炸和沉底装药下爆炸产生的冲击波强度,分析了水下爆炸流场参量分布和变化规律,为水下非接触爆炸数值模拟提供参考.     

背衬对隔声去耦瓦吸声性能的影响

基于传递矩阵法,建立了不同背衬情况下的水下隔声去耦吸声覆盖层模型,讨论了软背衬、硬背衬、单层壳体背衬和双层壳体背衬条件下隔声去耦瓦的吸声性能。结果表明:双层壳体背衬条件下吸声系数曲线存在明显的调制现象,且壳间水层增厚,吸声峰值向低频移动,峰增多、变密,峰值有所减小,而外层壳板厚度变化对吸声系数影响不大;单层壳背衬条件下,钢板的厚度越大,第一吸声峰值向低频移动,且峰值变小;当钢板的厚度达到一定的厚度时,其吸声系数曲线逐渐与刚性背衬下隔声去耦瓦的吸声曲线接近。     

平面气枪阵列远场子波模拟及优化

气枪阵列的远场压力子波具有良好的地震特性,被广泛应用于海底资源勘探。本文在前人基础上建立了气泡动力学方程,并在上述模型中加入简化的热力学模型,仅需知道气枪的工作压力、工作容积即可计算出远场压力子波。另外,针对平面阵列,对Ziolkowski模型进行了修正及简化,再将上述模型计算结果与Nucleus软件模拟结果对比,发现两者吻合良好。最后,结合粒子群算法对气枪平面阵列进行优化,发现在气枪阵列总体积变化较小时即可有效增大气泡比,并探讨了气枪容积在优化前后的变化规律,为气枪震源研究提供重要参考。     

环状气泡动力学数值模型

本文假设气泡运动过程中流场是无旋、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,建立气泡动力学模型,用边界积分法求解得到气泡等边界的变形及位置.在环状气泡阶段,本文在前人研究成果的基础上分别建立了轴对称涡面模型、轴对称涡环模型以及三维涡环气泡模型.对比不同模型的优缺点及其适用范围,总结了环状气泡模型建立的详细步骤及其必须注意的关键技术,并开发了相应的程序.运用不同模型模拟重力场中气泡的运动,并进行讨论.最后计算了流场中滞后流的速度以及压力随时间的变化,得到一些有规律性的曲线,旨在为相关环状气泡动态特性研究提供参考.     

水中聚能战斗部毁伤双层圆柱壳的数值模拟与试验研究

为研究聚能战斗部的水下作用特性,基于光滑粒子流体动力学-有限元方法耦合算法,模拟了聚能战斗部对双层圆柱壳结构的毁伤过程。分析金属射流的形成和射流速度衰减规律,研究高速金属射流、强冲击波与气泡载荷联合作用下对双层圆柱壳结构的毁伤模式和毁伤特性,并进行了海上模型试验验证。数值模拟与试验结果吻合良好。研究表明：水中聚能战斗部对双层圆柱壳结构的破坏载荷主要有金属射流、冲击波载荷及气泡载荷3种,金属射流穿透力强,造成结构的局部小尺寸破口;冲击波载荷及气泡载荷作用面积大,引起结构的大面积破口及塑性凹陷。     

精确制导武器作用下舰船结构变形计算研究

描述了进行相应数值模拟计算所需的计算方法和关键技术,以及弹体、战斗部、舰船结构的本构模型及其相应参数的确定方法。通过典型算例计算得到数值仿真结果,与试验数据对比定性符合。在此基础上研究了反舰导弹武器对某型舰船的损伤,分别给出破坏模式效应图像、损伤范围等图表及曲线,旨在为研究舰船防爆抗冲击提供依据。     

非线性双渐进法应用于水中结构瞬态运动的研究

为了解决线性双渐近法只能用于解决准静态条件下的流固耦合问题的局限性,提出了解决流固耦合问题的非线性双渐进法。并将其应用于瞬态载荷作用下具有初始航速结构的流固耦合计算当中。研究了水平初速度系数下流场的动压力时历曲线,分析非线性对结构运动前期、中期、后期周围流场动压力的影响,分析无量纲单位面积冲量随水平初速度系数的变化趋势。给出了非线性效应不能被忽略的初始速度条件,进而研究了非线性双渐近法的适用范围。     

舰船设备抗冲击时域模拟研究

简述了舰船设备抗冲击计算分析的发展历程,详细地论述了舰船设备抗冲击有限元计算分析时各种非线性因素(接触面间隙效应、油膜刚度、减振抗冲元件)的模拟方法、冲击输入及其时域转换方法.作为计算实例,以某舰船主汽轮机组为计算模型,系统而全面地模拟各种非线性因素,并分别从垂向和横向两个方向对其进行冲击加载.整个计算实例诠释了舰船设备抗冲击时域模拟的实施过程.计算结果表明,主汽轮机组的动态响应特性与冲击载荷的加载方向、载荷的峰值和脉宽特性有很大关系,同时还发现了该主汽轮机组抗冲击的薄弱环节和危险区域.     

不同头型弹体低速入水空泡试验研究

针对不同头部形状弹体低速入水空泡形成、发展特性及其影响因素开展试验研究,用高速摄影仪实时记录了圆头、90~150°锥头弹体入水过程中自由液面的波动特性、空泡的演变过程及入水弹道的稳定性,同时通过对比试验得到弹体入水空泡、入水弹道与入水速度、入水角度之间的关系。试验结果表明,圆头弹体不易形成空泡,但弹道稳定性差;90°锥头弹体倾斜入水时,入水速度越大,空泡的非对称性越强;120°锥头弹体垂直入水速度越大,越易发生表面闭合现象及完整的脱落气泡;150°锥头弹体入水角大于80°时,发生表面闭合现象。在整个入水过程中,弹体速度呈线性衰减,空泡射流速度衰减较快。     

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.