基于修正CS模型的船用低碳钢动态力学性能研究

为了得到船用低碳钢的动态力学性能及本构关系,运用静态试验机及分离式Hopkinson压杆加载装置,在应变率为0.000 2~3 900 s-1范围内得到了准静态拉伸及动态压缩条件下的应力应变曲线,对Cowper-Symonds材料模型进行了修正,得到了两种形式的本构关系,并讨论了模型的适用性。结果表明:船用低碳钢具有明显的应变率强化效应和非线性应变硬化效应;两种动态本构关系可以描述材料在冲击荷载下的力学性能;模型在高应变率(2 000 s-1)下的使用应慎重。     

水下爆炸载荷作用下空背板动态响应研究

为研究板架结构在水下爆炸载荷作用下的承载能力,采用数值方法计算空背固支方板在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应,研究爆炸冲击因子对板的最终变形的影响,分析空背板材料应变率以及空气场压力变化对板的动态响应行为的影响,数值结果与试验结果基本一致,冲击因子越大,板中心的最终变形越大.结果表明,分析时必须考虑材料应变率的影响,但可不考虑空气场压力变化对板变形的影响.     

近自由面水下爆炸气泡现象的数值仿真研究

为了解近自由面水下爆炸气泡的动态特性,利用大型商业有限元软件MSC.Dytran,对3种典型工况下的气泡现象进行了数值仿真.仿真结果显示,气泡射流方向与基本理论预测结果基本一致,仿真气泡半径与理论计算吻合较好.由此得出结论,可以利用MSC.Dytran来模拟水下爆炸气泡现象,并对气泡射流现象进行研究.     

1Cr18Ni9Ti钢的抗冲击性能实验研究

材料本构关系的准确程度对结构数值仿真分析的结果影响很大。对于受冲击载荷的金属结构,材料特性还与应变率关系密切。通过分别采用Hopkinson压杆实验系统与WDW3050微控电子万能试验机进行了1Cr18Ni9Ti钢的动态与静态性能测试,得到了本构方程的表达式,为后续的结构抗冲击仿真分析提供了较为准确的数据。     

舰船设备冲击环境的能源研究

在浮动冲击平台水下爆炸试验中，低频簧片仪的簧片应变曲线展示了簧片对水下爆炸响应的全过程。在研究簧片应变曲线与水下爆炸作用外力对应关系时，发现了水下爆炸气泡膨胀产生的滞后流与舰船设备冲击振动响应的重要联系，并用丰富的理论和实验数据证实了“水下爆炸滞后流使舰船产生的（阶跃）位移是安装频率为数十赫兹的舰船设备冲击振动的主要能源”，而冲击波具有的能量对舰船设备冲击振动的贡献是微不足道的。     

水下爆炸冲击波作用下加筋板结构动态响应研究

运用大型商业有限元程序MSC.Dytran数值模拟了水下爆炸冲击波作用下舰船底部板架结构的响应,采用一般耦合算法（General Coupling）模拟了流体与结构的耦合效应,在计算中考虑了材料的应变率强化效应,并将数值仿真结果与试验结果进行了比较,两者吻合较好。结果表明：合理的设置计算参数,有限元模型能够很好地模拟水下爆炸冲击波对舰船底部结构的冲击作用。在此基础上分析了板架的变形模式,加强筋在板架变形过程中的作用,以及板架最大塑性应变出现的位置。     

水下爆炸作用下加筋板结构响应的数值仿真研究

运用有限元程序MSC.Dytran数值模拟水下爆炸作用下舰船上典型的加筋板结构的响应,采用一般耦合算法模拟了流体与结构的耦合效应,在计算中考虑了材料的应变率强化效应,并将数值仿真结果与试验结果进行比较,两者吻合较好。在此基础上分析了板架的变形模式,加强筋在板架变形过程中的作用,以及板架最大塑性应变出现的位置。     

水下爆炸冲击波和气泡联合作用下结构响应数值分析

结构在水下爆炸作用下会产生严重的破坏,研究水下爆炸作用下结构的响应特征和规律,并为舰船抗冲击设计提供参考。首先验证了ABAQUS软件模拟结构受水下爆炸载荷作用弹塑性响应的有效性和准确性。然后应用ABAQUS软件计算不同工况水下爆炸载荷作用下结构的动态响应。从应变、应力等角度考察了水下爆炸载荷对结构动态响应的影响。计算结果表明气泡脉动压力是结构产生鞭状响应和整体破坏的主要因素。     

水下爆炸对船底结构毁伤效应的数值仿真

水下爆炸是毁伤舰船等水中航行器的一条重要途径,但是水下爆炸对船舶毁伤效应的试验操作复杂,理论分析也难于进行,因此应用数值仿真手段研究水下爆炸对目标的毁伤效应具有实际意义。大中型船舶均采用双层船底结构,在给定的装药量的作用下双层船底结构的破坏程度就成为了一个关注的重要问题。采用非线性动力学分析软件AUTODYN-3D研究了薄板在水下非接触爆炸作用下的力学响应并与实验进行了对比,验证了计算的合理有效。对舰船典型的双层船底结构建模,进行了水下爆炸对双层船底结构毁伤效应的数值仿真研究,给出不同的船底结构在水下爆炸作用下的响应特点。     

爆炸冲击载荷下加筋板塑性动力响应分析

基于非线性动力学软件Abaqus,对爆炸冲击载荷下的加筋板塑性动力响应行为进行研究,探讨加筋板的结构形式、载荷冲击波波形、材料应变率效应等参数对加筋板塑性动力响应的影响.仿真分析结果表明加筋板结构形式对加筋板抵抗爆炸载荷能力影响较为明显;冲击载荷峰值时间影响加筋板最终塑性变形的大小;应变率效应对加筋板最终塑性变形影响较大.     

加筋板结构在水下爆炸冲击波作用下动态响应的近似相似方法研究

提出了同时考虑流固耦合和材料应变率强化效应时,加筋板结构在水下爆炸冲击波作用下动态响应的相似条件.在此基础上,提出了该问题的近似相似方法.该方法通过在模型和原型之间建立一个修正模型,达到利用修正模型的冲击响应近似预报原型响应的目的.最后提出了利用缩比模型试验预报原型冲击塑性变形的模型化试验方法.文中结论可用于指导利用模型试验预报船体局部板架在水下爆炸冲击波作用下动态响应.     

450MPa级船用钢冲击实验研究及Cowper-Symonds本构模型

应用SHPB实验技术,对450MPa级船用钢进行冲击实验研究,建立了材料的Cowper-Symonds本构模型.冲击实验发现,450MPa级船用钢的动态流动应力在变形过程中,具有二次非线性强化规律、存在强化转折点.当材料的变形小于转折点的应变时,动态流动应力随应变的增大而增大;当材料的变形大于转折点的应变时,动态流动应力随应变的增大而减小.文中还对Cowper-Symonds本构模型的适用范围进行了讨论.     

钛合金导流罩结构抗冲击计算

导流罩结构作为舰艇结构重要的首部结构形式,其在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能不容忽视。为研究导流罩结构的抗冲击性能,以某船钛合金导流罩结构为研究对象,应用大型有限元计算软件ABAQUS,建立有限元模型,采用声固耦合法进行水下爆炸数值仿真计算。通过模拟导流罩结构在船上的安装边界条件,设定水下非接触爆炸冲击工况,计算得到了导流罩结构在爆炸冲击载荷作用下的等效塑性应变、位移、加速度等动态响应,并给出了基阵安装位置的频率特性和冲击环境。研究表明,导流罩底部外板为导流罩结构的危险区域,导流罩基阵安装位置处的响应以中低频段为主。     

舰船结构对水下近距爆炸的响应研究进展

开展舰船结构对水下近距爆炸的响应研究对于改善舰船结构的防护性能、增强战时的生存能力具有十分重要的意义。通过综合近年来舰船结构对水下近距爆炸响应的研究成果,阐明了水下近距爆炸载荷的理论、实验和数值研究进展,并分类总结了水下近距爆炸时的流体结构相互作用与平板、圆柱壳、梁和舰船结构响应的研究现状。最后给出了当前急需加强研究的4个方面的问题:复杂边界条件下的水下爆炸载荷特性、结构冲击破坏的仿真、结构模型试验相似规律以及新型材料和结构对水下近距爆炸载荷的响应。     

水下爆炸冲击波作用下平板塑性动力响应的数值模拟

根据流固耦合的Taylor平板理论和Cole的水下爆炸经验公式,得到了水下爆炸冲击波作用下平板迎爆面的总压力载荷,并将该压力载荷嵌入到ABAQUS程序的用户自定义载荷子程序VDLOAD中,实现了对ABAQUS的二次开发.作为验证,利用该方法模拟了水下爆炸冲击波作用下固支平板的塑性动力响应,模拟结果与试验结果吻合良好.与通用的模拟方法相比,本文所采用的模拟方法在保证较高计算精度的前提下,可以显著降低计算成本并简化建模过程,对于工程应用具有一定参考和实用价值.     

Effects of the standoff distance on hull structure damage subjected to near-field underwater explosion

The near-field underwater explosion poses a great threaten to marine ships by introducing both local and overall damage on their hull structures. In this paper, a series of near-field underwater explosion experiments were carried out on the mimic steel hull structures to investigate the effects of the standoff distance on their dynamic behavior. Special attention was paid on their deformation process and failure modes. After that, a fluid-solid coupling algorithm was implemented in establishing a finite element (FE) model to simulate dynamic response of the hull structures under a near-field underwater explosion. The numerical results showed a good agreement with the experimental data. A standoff distance threshold was found to result in the maximum structural deformation. The deformation magnitude was monotonically decreased by either increasing or decreasing the standoff distance from the threshold value.     

基于γ界面捕捉模型的近场水下爆炸数值模拟

随着对水下爆炸现象研究的逐步深入,近场水下爆炸的数值模拟研究越来越受到重视。近场水下爆炸数值模拟当中的主要难点在于多相流运动以及界面捕捉方法的研究。文章提出一种较为稳定的近场水下爆炸数值模拟方法,其包含了五阶WENO重构以及HLLC近似黎曼求解器的格式,对于多相流界面的捕捉方法基于γ模型。文中的求解格式通过了一维激波管问题以及二维轴对称问题的验证,计算结果与理论解和实验结果吻合较好。在此基础上将该方法推广到近场水下爆炸过程中冲击波传播以及近水面爆炸现象的模拟,模拟结果较为满意。该文的研究方法能够为后续的近场水下爆炸过程中的空泡以及水射流的研究提供指导。