水下爆炸冲击波作用下船体舱段刚体运动试验研究

对舰船舱段在水下爆炸球面冲击波作用下的刚体运动速度进行预报。以炸药在舱段中部正下方爆炸的工况为研究对象,将舱段简化为平板模型,计及流场对舱段运动时附加质量的影响,提出一种计算船体舱段在球面冲击波的作用下刚体运动响应的方法,对比舰船实尺度舱段水下爆炸试验结果,验证该方法的正确性。结果表明:舰船舱段整体受到冲击波的最大压力时刻比冲击波到达峰值压力的时间有一定的延迟,在冲击波压力趋于零时舱段刚体运动速度达到峰值。     

水下爆炸冲击波作用下船体舱段变形试验研究

对舰船实尺度舱段在水下爆炸载荷作用下的船底板架变形进行了试验研究及理论分析。以舱段在水下爆炸的试验现象及结果为基础,通过平板模型求解药包在水下任意位置爆炸时舱段的刚体运动特性,以冲击波的入射能减去舱段刚体运动动能作为船底板架的弹塑性变形能,利用能量法,对船底板架应用薄板的大挠度弯曲理论进行局部变形求解。试验结果及理论分析表明:舱段模型在水下爆炸过程中会产生较大的刚体运动,船底外板变形区域主要集中在纵桁和实肋板交叉的板格内,理论求解的板格最大变形与试验结果较为一致。该文结果可对船体外板变形计算及局部强度考核提供数据及理论的参考。     

舱室内爆载荷特性研究

首先选取并验证了舰船模型,对其模型进行简化,选择中部三舱段有限元模型,应用非线性显式动力学软件Dytran对三舱段模型内部爆炸过程进行数值模拟,并通过计算拟合出Pressure和时间、距离的公式,将其作为静载施加到爆炸舱室的板架结构上进行计算,模拟出舰船舱室在内部爆炸载荷作用下舰船结构的动态响应。最后将简化前后的计算结果进行对比分析,通过各个参数计算的结果判断内爆载荷简化计算方法的可行性,对以后爆炸载荷的简化计算具有重要参考价值。     

空中爆炸载荷作用下舰船结构动态响应研究

本文在空中冲击波和空中接触爆炸理论研究基础上,以某大型船舶典型舱段为研究对象,利用瞬态有限元分析软件MSC.Dytran详细研究了空中接触爆炸以及舱室内部爆炸载荷作用下舱段结构的动态响应过程,得到不同形式爆炸载荷作用下舱壁结构的破坏模式与毁伤特性,并将舱室内部爆炸与强力甲板外部接触爆炸进行了对比,得到了2种不同攻击方式下,舱段的响应特点及规律,为后续舰船结构的加强提供参考。     

表征外部爆炸作用下舱段破坏的新型冲击因子研究

基于结构遮挡的冲击波能量提出了一种新型冲击因子.为验证该冲击因子在外部爆炸问题中的适用性,使用CONWEP算法对典型三舱段模型在不同装药工况下的响应进行非线性有限元数值仿真,并采用准静态法计算受损舱段的剩余极限强度.计算结果表明新型冲击因子相比传统冲击因子更适合用于表征外部爆炸作用下结构的整体破坏.对于远场爆炸工况,强力甲板最大位移、舱段塑形应变能和剩余极限强度在新型冲击因子衡量下均显示出较高的一致性.在近场爆炸工况中,由于结构局部变形的影响,计算结果存在一定的离散.     

表征外部爆炸作用下舱段破坏的新型冲击因子研究（英文）

基于结构遮挡的冲击波能量提出了一种新型冲击因子。为验证该冲击因子在外部爆炸问题中的适用性,使用CONWEP算法对典型三舱段模型在不同装药工况下的响应进行非线性有限元数值仿真,并采用准静态法计算受损舱段的剩余极限强度。计算结果表明新型冲击因子相比传统冲击因子更适合用于表征外部爆炸作用下结构的整体破坏。对于远场爆炸工况,强力甲板最大位移、舱段塑形应变能和剩余极限强度在新型冲击因子衡量下均显示出较高的一致性。在近场爆炸工况中,由于结构局部变形的影响,计算结果存在一定的离散。     

船体典型结构局部强度考核试验模型设计

针对船体舱段模型典型结构,设计易于实际操作实施的缩比模型试验方案;通过有限元软件对板架水下爆炸响应进行分析．对比各个缩比模型在水下爆炸载荷作用下的响应规律．寻找为完成不同试验目的而设计的最佳试验方案。数值分析结果表明：纵桁和实肋板梁模型在水下爆炸作用下的动力响应可验证梁在爆炸冲击载荷作用下的理论分析方法,十字交叉梁塑性变形可验证实船板架结构中交叉梁系的结构动力响应分析方法。双层底板架结构的塑性变形可对舰船局部强度考核的理论分析提供基础,缩比模型计算结果与实船较为一致。计算结果对舰船型号研制和强度考核具有理论指导意义。     

加筋圆柱壳水下爆炸动响应数值模拟

圆柱壳是潜艇和海洋工程结构物广泛采用的结构单元,研究其水下爆炸动响应有助于深入了解圆柱壳结构的失效规律和机理,对于提高潜艇的生命力和战斗力有着重要的意义.本文首先研究了采用ABAQUS软件的水下爆炸载荷模型和计算参数的选取范围,然后选取加筋圆柱壳舱段为研究对象进行水下爆炸数值模拟,计算得出基座的冲击环境与试验数据吻合良好.本文进一步对圆柱壳在水下爆炸条件下的动响应规律进行了研究,得出了结构不同部位冲击动响应和冲击环境,并对不同部位冲击环境的差异进行了分析,得出了复杂圆柱壳结构在水下爆炸作用下的动响应和冲击环境规律.     

边界约束对爆炸载荷作用下舱段结构响应的影响分析

针对一般约束和将舷外水简化为附连水质量及水弹簧约束的三舱段模型,分别计算舱内和空中爆炸载荷作用下的舱段结构响应,对其主要响应特征的塑性变形进行比较分析。分析结果表明:在研究舱内爆炸问题时,舷外水对结构抗爆响应的影响较小,可以忽略;而在研究空中爆炸问题时,舷外水对结构抗爆响应的影响较大,必须计及。     

边界约束对爆炸载荷作用下舱段结构响应的影响分析

针对一般约束和将舷外水简化为附连水质量及水弹簧约束的三舱段模型,分别计算舱内和空中爆炸载荷作用下的舱段结构响应,对其主要响应特征的塑性变形进行比较分析。分析结果表明：在研究舱内爆炸问题时,舷外水对结构抗爆响应的影响较小,可以忽略;而在研究空中爆炸问题时,舷外水对结构抗爆响应的影响较大,必须计及。     

水下爆炸作用下对称结构船体梁整体损伤特性研究

基于相似原则设计了全封闭对称结构船体梁模型,将TNT炸药置于模型中部正下方爆炸,通过改变爆距和药量来研究梁模型在水下近距非接触爆炸作用下的整体损伤特性,比较爆炸气泡运动对梁结构造成的中垂和中拱弯曲损伤作用,探索近距条件下炸药爆炸造成梁发生整体损伤变形时的高效攻击方式。研究发现:在近距非接触爆炸作用下,当爆炸气泡脉动频率与梁一阶湿频率相近时,水下爆炸气泡对梁结构造成的损伤作用以中垂弯曲为主,且爆径比越小,中垂损伤作用越明显;若爆径比不变,随着药量的增大,梁的整体损伤模式会由中垂弯曲向中拱弯曲转变;一定爆距范围内,炸药在远距离多次爆炸比近距离一次爆炸所造成的梁结构中垂损伤变形要大。     

水下爆炸作用下船底液舱动态响应的仿真分析

针对水下爆炸作用下舰船底部液舱的动态响应,采用数值方法进行研究。借助有限元程序ABAQUS对1个简单液舱板架结构模型的动态响应进行数值仿真分析,比较了空舱、满载液舱、半载液舱和单层底这4种情况,分析了各层板中点处的压强、应力及加速度等动态参数。结果表明,半载液舱的防护效果最好,能同时缓解水下爆炸对外底板和内底板的冲击作用。     

模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究

基于模块化思想,设计一种小型水下航行器,该航行器共分为艏舱、前侧推进舱、前浮力舱、主控舱、后浮力舱、后侧推进舱和艉舱7个舱室,并在航行器上安装可拆卸式滑翔翼板,由滑翔翼提供向上升力。设计完成后,建立航行器的三维数值仿真模型,采用CFD软件对其进行水动力学性能预报,分析水下航行器的流场分布以及不同攻角下的升力和阻力特性,并通过试验验证数值仿真结果的准确性,为新型水下小型航行器的设计提供研究思路。     

水下爆炸及随机外力下破损舰船的倾覆概率分析

探讨了水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的运动及其倾覆概率的计算.将爆炸载荷作用及平均风扰动力矩处理为定常横倾力矩,建立了爆炸载荷和随机风浪中舰船运动的非线性微分方程.结合扩维技巧,将横摇方程转化为五维Ito随机微分方程,应用Gauss-Legendre路径积分法给出随机扰动为白噪声时横摇角度的概率密度函数随时间的演变,按照现有的倾覆准则给出预报一定装药量下舰船倾覆概率的表达式.通过算例,计算了破损舰船不同装药量下不同时刻的倾覆概率,分析不同装药量对倾覆概率的影响.研究表明,此方法简便可行,并能在数量上预报破损舰船在水下爆炸及随机风浪下的倾覆概率,为进一步研究舰船倾覆及稳性横准提供有益的参考.     

有限水深下舱段模型水下声辐射圆柱形阵列测量研究

在水面舰艇的研发阶段,随着对其声隐身性能指标的提高,一般采用数值仿真或者舱段模型试验来考核并优化其声学设计。对于舰艇水下声辐射预报方法,也会利用舱段模型试验来验证。考虑试验成本、操作便利性和背景噪声等因素,一般将舱段模型放置在露天水池进行水下辐射噪声测量,因此开展舱段模型在有限水深露天水池的水下声辐射测量研究非常有必要。为了分析有限水深露天水池中舱段模型水下辐射噪声圆柱形阵列测量方案的合理性,本文对在2种水域模型的封闭半圆筒结构水下声辐射进行数值仿真,并对小水线面双体船缩比模型进行了露天水池试验和噪声估算。分析计算和实测结果,验证了有限水深露天水池中舱段模型水下辐射噪声圆柱形阵列测量方案的合理性。该研究成果对于露天水池中舱段模型水下辐射噪声测量试验具有指导意义。     

以舱段模型代替整艇模型进行噪声估算的可行性探讨

采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,对SUBOFF潜艇模型的一个舱段在考虑不同声反射边界条件下的水下辐射噪声进行了数值计算,并讨论了以舱段模型代替整艇模型进行噪声估算的可行性。分析结果表明,不同声反射边界条件下辐射噪声的指向性比较一致,但不同边界条件下辐射噪声的最大声压级误差较大,声反射边界条件对舱段模型辐射噪声的影响不可以简单忽略,为对不同潜艇结构进行噪声估算提供了参考。     

水下无人航行器外挂吊舱水动力试验及操纵性分析

在循环水槽开展了某带吊舱水下无人航行器的水动力试验,绘制出了航行器阻力曲线,得到了与操纵性相关的主要水动力系数,在此基础上对水下无人航行器的运动稳定性进行了分析,并与不带吊舱情况下的水下无人航行器操纵性进行了比较。试验结果可为水下无人航行器推进系统设计及运动控制与仿真提供依据。