船舶进气装置冲击波试验

为评估船舶进气装置承受爆炸冲击波的能力,进行冲击波试验研究。通过对比各爆室的不同装药量,发现冲击波超压峰值与爆室1的装药量成正比关系;冲击波波形与爆室2~爆室7的装药量有关,爆室2的装药量决定了冲击波的完整性。通过分析试验数据,结果表明:爆炸冲击波的冲击波冲量最大值滞后于冲击波超压峰值的最大值;进气装置可以承受超压峰值84.45 k Pa爆炸冲击波产生的15 260.84 k Pa·ms冲击波冲量的作用力。     

船舶进气装置冲击波试验北大核心CSCD

为评估船舶进气装置承受爆炸冲击波的能力,进行冲击波试验研究。通过对比各爆室的不同装药量,发现冲击波超压峰值与爆室1的装药量成正比关系;冲击波波形与爆室2-爆室7的装药量有关,爆室2的装药量决定了冲击波的完整性。通过分析试验数据,结果表明：爆炸冲击波的冲击波冲量最大值滞后于冲击波超压峰值的最大值;进气装置可以承受超压峰值84.45 k Pa爆炸冲击波产生的15 260.84 k Pa·ms冲击波冲量的作用力。     

密闭空间内爆炸准静态压力理论计算研究

[目的]密闭空间内爆炸过程不仅涉及冲击波的传播和反射,还包含复杂的后燃烧效应。后燃烧效应既增强了冲击波强度,还会对最终准静态压力产生较大影响。为对约束空间内爆炸准静态超压进行预测,[方法]基于化学反应分析及能量守恒定律,推导给出一种考虑后燃烧效应内爆炸准静态超压峰值的计算模型,并将模型计算得到的准静态超压与相关文献的实验测量结果及经验公式的结果进行对比分析,以验证所提理论模型的可靠性和准确性。[结果]结果表明:理论模型计算的准静态超压峰值与文献的实验测量及经验公式的结果吻合较好;Anderson经验公式在药量体积比小于0.5 kg/m~3的爆炸工况下并不适用,文献[8]的拟合公式不能外推至药量体积比大于8.87 kg/m~3的爆炸工况下使用。[结论]研究结果可为更好地了解内爆炸后燃烧效应对准静态压力贡献的物理机制,以及为抗爆结构设计及毁伤评估提供一定的参考和指导。     

爆炸载荷下矩形板弹塑性动态响应研究

舰船结构在受到高强度爆炸载荷作用时的破坏形式主要是板架的塑性大变形和撕裂。对四边约束矩形板在爆炸冲击波载荷下的塑性大变形响应进行了理论分析和试验研究。基于板的大挠度变形理论和能量守恒原理,建立了矩形板在爆炸载荷作用下发生塑性大变形的弹塑性分析方法。将理论计算与试验及数值计算进行对比,表明弹塑性分析方法有较好的计算精度和适用性。可用于计算舰船局部结构对舱内爆炸冲击波的响应,为舰船的抗爆设计提供理论依据。     

后燃烧效应对约束空间内爆炸载荷的影响规律

[目的]为了研究后燃烧效应对约束空间内炸药爆炸载荷的影响规律,[方法]将反应率模型耦合到可压缩欧拉方程中,并以源项的方式进行后燃烧能量的添加。采用五阶WENO有限差分格式和三阶TVD-RK格式对耦合方程空间项和时间项进行离散求解,自主编写约束空间内炸药爆炸后燃烧过程的二维数值计算程序。基于自主程序开展不同工况下内爆炸后燃烧效应数值计算,探讨内爆炸过程中反应速率及后燃烧能量大小对爆炸载荷的影响规律。[结果]研究表明:在后燃烧能量大小一定的情况下,反应速率常数增大时,冲击波到达时间提前,冲击波峰值、冲量均增大,准静态超压峰值保持不变;在反应速率常数一定的情况下,随着后燃烧能量的增大,冲击波峰值、冲量及准静态超压峰值均增大;后燃烧能量的加入能显著增强爆炸载荷强度。[结论]研究成果可为抗爆结构设计及毁伤评估提供一定的参考和指导。     

抛石基床水下爆破夯实的振动冲击监测与分析

针对港口码头抛石基床水下爆破夯实过程中的振动冲击问题,结合威海港国际客运码头工程实例,对基床爆夯产生的水中冲击波超压与质点爆破振动速度进行监测。通过对比,分析水中冲击波超压监测值小于经验公式计算值、水平径向质点振动速度监测值大于经验公式计算值的原因,研究水中冲击波超压与爆破地震波对临近已建成码头的作用和影响,利用监测数据拟合得到可供类似工程参考使用的水中冲击波超压经验公式,可为基床爆夯施工的安全技术工作提供参考。     

天然气发动机曲轴箱爆炸模拟及分析

为了验证船用天然气发动机曲轴箱的设计强度能否承受最恶劣爆炸工况下的超压,利用CFD计算软件对曲轴箱内燃料-空气混合气体爆炸后果进行数值模拟。基于荷兰应用科学院多能法(TNO多能法),在现有等效气体云Q_9模型的基础上推导适合曲轴箱内爆炸模拟的CFD计算模型。与试验数据的验证进行对比发现,新模型在高拥塞度、较小容积、受限空间中的计算结果精度较高。以某典型船用天然气发动机曲轴箱为例,采用新的等效气体云模型计算最恶劣爆炸工况下曲轴箱内的超压分布,并导入有限元软件进行强度评估。评估结果表明:曲轴箱油底壳部分结构无法承受最恶劣爆炸工况下的超压,若不安装防爆阀,需在设计时对曲轴箱油底壳结构进行适当加强。     

WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律研究

舰船舱室内爆炸载荷主要包含瞬态多峰值冲击波和持续时间较长的准静态超压,为了研究WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律,基于Fortran平台,采用3阶、5阶、7阶WENO有限差分格式,开发了高精度舱室内爆炸载荷三维数值计算程序。采用Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用等经典算例初步考察了各数值格式的计算性能。开展了封闭舱室、泄压舱室内爆炸载荷数值计算,探讨了WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律。研究表明:WENO格式精度对舱室内爆炸冲击波载荷影响较大,对舱室内爆炸准静态超压载荷影响较小。     

舰船舷侧防爆结构在内部爆炸作用下破裂的数值模拟

文章通过应用MSC.Dytran中的多欧拉一拉格朗日耦合方法,对反舰武器战斗部进入舷侧防爆结构内部爆炸作用下其变形和破坏的情况进行数值模拟研究.用多欧拉域模拟结构内外空气中爆炸冲击波传播情况.用快速一般耦合方法计算结构和流体的耦合作用.模拟结果显示:在冲击波作用下,防护结构外层舱室变形、失效后破裂,冲击波通过破口流入内层舱室.由于文中考虑了结构破坏与爆炸冲击波的相互作用,使得数值模拟方法和结果更符合实际.通过对爆炸冲击波动能与结构吸能的研究发现,除了结构的直接吸收削弱了冲击波的动能以外,通过破孔和舱壁上预开的孔泻掉的能量相当于结构总吸能的46.7%.因此在舰船舷侧防护结构设计时考虑内舱壁的适当开孔并减小强度是有益和必要的.     

冲击波作用下变形圆板表面载荷研究

为了能够快速确定爆炸冲击波作用下变形圆板表面的载荷大小,首先,通过数值模拟方法探究了爆炸冲击波与固支圆板的相互作用过程,获取了变形圆板表面爆炸载荷的分布规律。然后,引入量纲分析,探究了圆板半径、厚度、爆心距圆板的距离、目标点距圆心的距离以及TNT当量等因素对变形圆板表面爆炸载荷的影响。最后,结合数值仿真和量纲分析,推导了变形圆板表面任意一点处爆炸载荷（最大冲量）的计算公式。结果表明,在变形圆板表面,爆炸载荷的分布非均匀,圆板中部压力峰值和冲量较边缘高;推导的公式能够较好快速计算出圆板表面载荷。研究结果可为相关防护结构设计和安全评估提供快速简单的参数输入。     

典型含水复合结构在聚能装药水下 爆炸作用下的毁伤

聚能装药水下爆炸对含水复合结构的毁伤主要为聚能侵彻体对钢+水+钢多层结构的侵彻贯穿以及水下爆炸冲击波的联合作用。文章通过水下爆炸实验和数值模拟,对典型含水复合结构在聚能装药水下爆炸作用下的毁伤进行了研究。结果表明:在聚能装药水下爆炸作用下,复合结构水舱前板发生较大孔洞的严重撕裂,水舱后板产生穿孔,孔径约为聚能装药直径的1/3;相同爆心距离,装药侧向的冲击波压力受装药形式影响不明显;随着水层厚度的增加,侵彻体对后效靶的侵彻深度降低,后板的中心永久位移逐渐减少;侵彻路径上的弹前激波先于侵彻体作用于结构表面,结构穿孔破坏是冲击波与侵彻体的共同作用的结果。     

约束空间内爆超压载荷影响因素二维数值模拟

[目的]为了研究炸药运动、初始界面扰动及网格尺寸对舱内爆炸超压载荷的影响规律,[方法]采用五阶WNEO有限差分格式、三阶TVD龙格—库塔法对二维可压缩欧拉方程的空间项和时间项进行数值离散,并基于Fortran平台,自主开发约束空间内爆炸波高精度数值计算程序,利用所开发的程序对舱内爆炸超压载荷的影响因素进行初步探讨。[结果]研究表明,增大炸药运动速度、选取特定的初始界面扰动、减小网格尺寸均能较明显地提高舱内爆炸冲击波峰值,但对准静态超压载荷的影响较小。[结论]研究结果可为抗爆结构设计及舱内爆炸毁伤评估提供一定的参考和指导。     

空中接触爆炸作用下船体板架塑性动力响应及破口研究

导弹或炸弹接触爆炸对船体板架的破坏作用,可分为初始穿孔作用和爆炸冲击波作用两部分,从而可将其破损看作早期穿孔和壳板的后续塑性变形两个阶段.为简化计算,将船体板架按照一定的等效原则简化为圆形板.第一阶段,该圆形板在中心产生初始穿孔;第二阶段,爆炸冲击波作用以冲量的形式作用在穿孔后的剩余板结构上,给板一个初始动能.剩余结构在该动能驱动下继续变形,动能逐渐转化为变形能,并最终达到平衡状态.通过假设一定的塑性变形模式,得到变形能与变形的关系,利用动量定理和能量守恒定理,建立了板架塑性变形的理论模型,得出了变形挠度的计算公式.通过接触爆炸试验,得出材料极限动应变的估算值,并以最大环向应变等于极限动应变作为板架径向撕裂的条件,得到破口半径的计算公式.利用上述破口计算方法,对某型驱逐舰的几个典型船体甲板板架在受到飞鱼导弹及GBV-12型激光炸弹攻击时的变形挠度和破口尺寸进行计算.以实船在遭受空中打击时的战损事例和打靶试验数据进行比较后,证实该破口计算公式可用于船舶受空中接触爆炸作用下产生的破口估算.     

多层防护结构舱内爆炸试验

舰船舷侧多层防护结构的主要作用是抵御反舰武器对内部结构的破坏。文章通过反舰武器战斗部模型在舰船舷侧防护结构内部爆炸的模拟试验,研究了战斗部内爆作用下防护结构的破坏模式、多层防护结构防御冲击波和高速破片的效果以及内部结构的冲击响应,对比分析了空舱和水舱在战斗部接近爆炸作用下的变形和破坏情况。通过对试验数据的分析发现在战斗部接近爆炸载荷作用下,水舱内板的动态响应出现了"二次加载"现象。     

下水过程中气囊承载接触变形数值分析

文章建立了气囊、船体及船台的接触有限元模型,采用超弹性本构模型模拟囊体材料特性,分析了在下水过程中三维承压气囊非线性接触变形特征,并对某大型散货船气囊下水过程中的危险工况进行分析,总结了典型船体形状对气囊承压变形的影响,修正了下水过程中典型气囊承载的极限变形量,可用于指导下水实践。     

气囊隔振器耐压强度研究

目前常用的气囊隔振器主要分为囊式和膜式结构气囊,两者从几何上皆可简化为一种轴对称旋转壳结构.本文以薄壳无距理论建立两者统一力学模型,求解出平衡状态下囊体的内力表达式;建立囊体帘线骨架层复合材料模型,利用应力转轴公式和Tsai-Hill强度理论进行失效分析,推导出气囊耐压强度表达式;为保证囊体耐压强度,优化设计帘线缠绕角,推导出最佳缠绕角表达式;试验结果表明,气囊隔振器的爆破压力与理论计算值基本吻合,验证了理论模型的有效性.研究结果可为气囊隔振器的可靠性设计提供理论指导.     

冲击波和破片对超高分子量聚乙烯板联合作用的仿真模拟

为研究超高分子量聚乙烯板在爆炸冲击波和破片侵彻联合载荷作用下的破坏及响应,采用LS-DYNA数值仿真的方法来模拟爆炸产生的冲击波及破片群作用到靶板上的过程,通过改变爆炸距离、载荷形式和靶板厚度等因素,得到在不同条件下靶板变形破坏的结果.其模拟的结果表明:相比于冲击波或破片群的单一载荷作用,联合载荷作用对靶板的破坏能力更强;在联合作用下,随着爆距的增加,靶板的整体弯曲变形和破坏程度减小,靶板的破坏模式由开始的集团冲塞破口转为穿孔破口和撕裂破口共同存在,直至只存在穿孔破口;在联合作用下,随着靶板厚度的增加,破片群穿透靶板的剩余速度逐渐减小,速度衰减率增大,靶板抵御破片侵彻的能力提高,但仅改变靶板厚度对整体变形及破坏模式的影响并不明显.     

气囊爆破失效极端情况下船舶气囊下水安全性研究

气囊下水已经成功用于7万吨级船舶的下水,但由于下水过程中气囊变形情况不可控,下水过程仍然存在相当的风险。借鉴船舶滑道纵向下水力学理论,针对气囊特征进行改进,引入船用气囊的承压变形本构关系等,建立了船舶气囊下水过程的动力学模型,实现了气囊支承力及船体变形量实时计算。还对多气囊产生的非线性支承力分布、入水气囊的支承力计算、气囊与船体间的摩擦系数等关键问题进行分析研究,编制了相应程序;对下水过程中可能的气囊破坏极端情况进行了模拟计算,研究了气囊爆破失效对下水过程安全性的影响。     

水幕衰减爆炸冲击波数值研究

舰船上发生爆炸时,将对舱室设备、舰上人员造成严重伤害,在舱室内喷洒细水雾形成水幕是冲击波防护的有效措施之一。为了分析水幕对爆炸冲击波的衰减作用,建立冲击波在布置有水幕的舱室中传播的模型,采用Eulerian-Lagrangian方法描述冲击波与水雾颗粒的两相流动,考虑液滴碰撞、破碎、蒸发等因素的影响。计算结果表明,水幕可有效衰减冲击波的超压峰值,并对波后气体有明显的降温效果。     

水幕衰减爆炸冲击波数值研究

舰船上发生爆炸时,将对舱室设备、舰上人员造成严重伤害,在舱室内喷洒细水雾形成水幕是冲击波防护的有效措施之一。为了分析水幕对爆炸冲击波的衰减作用,建立冲击波在布置有水幕的舱室中传播的模型,采用Eulerian-Lagrangian方法描述冲击波与水雾颗粒的两相流动,考虑液滴碰撞、破碎、蒸发等因素的影响。计算结果表明,水幕可有效衰减冲击波的超压峰值,并对波后气体有明显的降温效果。