破片高速侵彻防护液舱剩余特性研究

为探讨破片高速侵彻液舱后的剩余特性,通过弹道试验,并结合有限元分析软件Ansys/Ls-Dyna,比较破片侵彻垂直和倾斜液舱后的瞬时余速和运动轨迹。试验结果表明:破片穿透液舱前板初期,会产生空泡和射流,空泡大小和射流强度与破片入水初速有关,而空泡形状和射流方向则受液舱的倾斜角度影响;破片穿透液舱前板后,在水中的运动轨迹会发生偏转,偏转方向与破片入水初速有关。     

高速弹体侵彻液舱试验研究

为研究高速弹体侵彻液舱过程中的水锤效应和结构毁伤机理,本文开展了高速弹体侵彻液舱试验测试,得到了高速弹体入水产生的冲击波压力的传播和衰减规律,并采用高速相机记录了高速弹体侵彻液舱过程中空泡的演化过程.试验设计了不同厚度的液舱前后靶板,发现水锤效应使得液舱后板变形比前板更严重.此外,后靶板在侵彻过程中的变形会直接影响到反射冲击波压力的传播和衰减,较大的后靶板变形可显著缓解前靶板的变形情况.试验结果对舰船液舱结构的设计优化具有一定的参考价值.     

基于高速摄影的水下爆炸破片侵彻特性试验

为研究水下爆炸产生高速破片的侵彻特性,采用高速摄影技术对2种典型破片的侵彻过程进行了弹道试验。试验结果表明:冲击和空泡阶段破片侵彻深度随时间迅速增加,拖曳阶段增速逐渐放缓;而在这2个阶段速度衰减很快,到后期低速阶段速度衰减放缓,且其侵彻特性与质量密切相关。冲击和空泡阶段的实际侵彻深度为40~60 cm,这一深度仅相当于破片最终静止时侵深的40%左右,而这一过程却耗散了破片95%以上的初始动能。拖曳阶段破片虽然能在液舱中行进较远的距离,但液舱吸收的破片动能较少。     

饼形破片入水侵彻速度衰减公式的修正

[目的]破片是舰船液舱防护的重点对象,开展高速饼形破片入水速度衰减特性研究可为液舱的防护分析和优化提供理论参考。[方法]首先,考虑破片入水过程中阻力系数的变化,引入经验系数a和b,改进经典理论公式;然后,采用数值仿真方法模拟破片入水过程,将仿真结果与经典理论公式和改进公式的计算结果进行对比;最后,通过经验系数a和b,研究初始速度和长径比对破片侵彻速度衰减规律的影响。[结果]结果显示,与经典公式相比,改进公式更适用于研究饼形破片入水侵彻速度的衰减特性。阻力系数与长径比有关:当长径比小于0.5时,阻力系数受侵彻位移变化的影响较大;当长径比大于0.5时,阻力系数受侵彻位移变化的影响较小,可以把阻力系数看作常数。[结论]利用改进的理论公式可以简单计算液舱对饼形破片的防护效果。     

高速破片侵彻下防护液舱后板的载荷特性数值分析

利用LS_DYNA软件,对高速破片侵彻防护液舱过程中液舱后板的载荷特性进行仿真研究,分析液舱后板载荷的空间分布特性及破片的速度和厚度对液舱后板载荷的影响,得到了液舱后板任一点的压力峰值和比冲量的拟合计算公式。研究表明,液舱后板的载荷在板中心(即破片中心在液舱后板上的投影点)最大,随着到中心点的距离增加而呈指数衰减;增加破片的速度或厚度,将使液舱后板任一点的压力峰值和比冲量均增大。     

聚能射流对舰船舷侧结构的破坏毁伤研究

本文基于AUTODYN软件的耦合欧拉-拉格朗日算法,模拟聚能装药起爆后形成聚能射流及侵彻舰船舷侧防护结构的过程。首先将聚能射流侵彻靶板的数值模拟结果和试验结果进行比较,以验证数值方法的有效性。在此基础上对聚能射流的形成及其对舷侧结构的毁伤过程进行模拟,并探讨液舱外板厚度及宽度对舷侧结构防护性能的影响。研究表明:聚能射流对舷侧防护结构的毁伤主要表现为舷侧外板的大面积塑性凹陷和内部舱壁的小尺寸破口,且增大液舱宽度会使聚能射流速度得到衰减。研究结果可为聚能射流载荷下舰船舷侧结构的防护设计提供参考。     

陶瓷/液舱复合结构抗侵彻机理试验研究

为探讨EFP战斗部的防护方法,文章根据陶瓷材料和液舱结构的抗侵彻机理,提出在舰船防护液舱前增设抗弹陶瓷材料层抵御大质量弹丸的侵彻,设计了1/10缩尺的防护液舱结构模型,开展了3类陶瓷/液舱复合结构抗侵彻试验研究,分析了弹体、液舱前、后面板的破坏模式和侵彻过程以及复合结构的抗侵彻效能.结果表明:弹体主要发生墩粗-侵蚀破坏;液舱结构前面板的破坏分为剪切冲塞(花瓣开裂)、碟形变形、薄膜鼓胀和失稳凹陷四个阶段;后面板的破坏随板的厚度而变化:后板较厚时发生剪切冲塞,较薄时发生花瓣开裂;初始压力峰值远远大于空化载荷峰值,但空化载荷对结构的破坏起着主要作用.     

高速弹体穿透铝合金靶板液舱速度衰减特性研究

为了研究液舱对高速弹体的防护机制，开展了高速弹体穿透液舱过程速度衰减特性的研究。在液舱弹道冲击试验的基础上，分析了液舱后靶板变形对弹体水中运动速度衰减效应的影响。以能量分析为基础，综合弹体穿甲运动方程和弹体在流场中运动速度衰减的规律，建立了简化分析模型，并推导了弹体侵彻液舱后的剩余速度公式。该模型综合考虑了前靶板背水、后靶板变形以及弹体墩粗对弹速衰减的影响。还针对试验中不同铝合金靶板厚度提出了两种弹体穿甲计算模型。计算结果表明：弹体撞击背水靶板时消耗更多能量；由于液舱后靶板的变形，弹体在水中运动的实际距离要大于初始液舱宽度，使得弹体的剩余速度进一步减小；弹体撞击中厚靶板会出现墩粗变形，从而增加了其在水中运动时的阻力。弹体剩余速度的理论模型与试验结果比较接近，文中给出了误差分析。     

反舰导弹战斗部爆炸破片初速和空间分布

为了研究反舰导弹战斗部破片的毁伤能力,首先分析战斗部破片形成原理。研究破片空间分布规律,以破片运动的基本公式为出发点,采用修正后的初速理论计算。利用数值模拟方法,模拟装药弹体爆炸实验,得到了弹体侵彻靶板后,破片的空间运动过程。结果表明:由于弹体各个部位厚度不同,产生的破片初速不同,空间分布也不同;同时也说明高速破片对人员和设备有很强的杀伤作用且作用范围大。     

夹芯强度对新型液舱防护效能的影响

舰船防护液舱在高速弹体作用下会发生大变形,防护难度较大。文章对新型防护液舱结构进行了分析,建立了含方格夹层板的液舱结构模型,通过与实验数据对比验证了数值计算方法的有效性,并对不同弹体速度、不同芯层强度下的夹层板防护效能进行了比较,并进行了机理分析。研究结果表明:(1)适当降低芯层强度能降低液舱前后板测点的压力载荷和比冲量,明显降低液舱前板的塑性变形;(2)芯层强度降低提高防护效能的主要机理是减小了液舱中的超空泡滞后流;(3)液舱新型防护夹层设计应考虑具体侵彻弹体载荷,适当降低芯层强度的同时应避免防护夹层前后壁发生贴合碰撞。研究结论为新一代航母防护液舱设计提供了参考。     

舰船舷侧液舱防护设计(英文)

Based on the traditional Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) algorithm, the linked-list search algorithm combined with the variable smoothing length and square support domain was put forward to improve the calculation efficiency and guarantee the calculation accuracy. The physical process of high velocity fragment impact on a broadside liquid cabin was programmed for simulation. The numerical results agreed well with those of the general software ANSYS AUTODYN, which verifies the effectiveness and feasibility of the numerical method. From the perspective of the outer plate thickness of the liquid cabin, the width of the liquid cabin, and incident angle of the fragment, the influence of these parameters on protective mechanisms was analyzed to provide a basis for protective design of a broadside liquid cabin. Results show that the influence of outer plate thickness is not obvious; therefore, the conventional design can be adopted in the design of the outer plate. The width of the liquid cabin has a great influence on the residual velocity of the fragment and the width of the liquid cabin should be designed to be as wide as possible under the premise of meeting other requirements. There is a certain incident angle in which the velocity attenuation of the fragment is most obvious, and the high-pressure zone near the inner plate is asymmetric. The inner plate of liquid cabin should be strengthened according to the hull form, principal dimensions, and vulnerable points.     

模型的某些简化对船舶舱室噪声预报的影响研究

本文以某化学品油船为目标船舶,利用VA One软件建立其统计能量分析模型并预报其舱室噪声,随后对模型进行了某些简化,研究了液舱内的液体介质和双层底结构的改变对舱室噪声预报的影响.研究结果表明液舱内的液体介质和双层底的具体结构形式对于舱室的噪声影响很小,可以不予考虑,今后在建立船舶的统计能量分析模型时,可以将双层底简化为一个大的声腔,从而减少建模工作量,提高效率.     

液化天然气船隔热舱室温度场的仿真计算

分析了液化天然气(LNG)船液货舱隔热舱室,提供了传热数学模型、边界条件、舱室合理简化、舱室对流系数以及辐射边界的处理,然后基于ANSYS软件建立了138000 m3LNG船1/4液货舱的三维有限元模型,运用APDL语言进行迭代计算,计算出在各种工况下LNG船隔热舱室的温度场分布、蒸发率等参数并与实船比较分析,其仿真结果与实测数据接近,证明建模和仿真计算方法是可行的。     

三维空泡回射流的理论研究

空泡回射流以某个方向冲击空泡壁面是导致空泡发生不同脱落方式的重要原因,但是空泡回射流的方向目前认为是一个不确定量,需要人为指定.该文针对无界重力流场中的三维空泡,基于势流假设和积分方程推导了一个计算回射流角度和回射流截面面积的三角函数代数方程组,并且在小角度条件下给出了回射流角度和截面面积的理论解析式.研究表明,空泡回射流角度与空化器的攻角、阻力和空泡浮力有关.     

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。     

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。     

基于振动分析技术的潜艇舱段结构优化设计

舱段是潜艇的主要组成部分,为了降低潜艇结构的振动,在设计舱段时,需要选择合适的结构参数.舱段的基本结构是外壳板、纵骨和肋骨,选择外壳板的板厚、纵骨和肋骨的截面尺寸、纵骨和肋骨的数量作为设计参数,分别计算参数不同时舱段结构振动均方法向速度,根据计算结果,总结振动响应的谱峰频率、峰值与激振力频率、作用方向、舱段结构设计参数之间的关系,以此为基础,合理地设计舱段结构的参数和形式,达到了降低舱段结构振动水平的目的.     

二维水翼非定常空泡流数值模拟

对非稳态空泡流现象的研究已成为当今一个研究重点。空泡非稳态脱落及其内部流动结构越来越受到研究人员的关注,但对其研究目前仍主要依靠实验手段。发展有效的数值模拟方法研究相关的机理具有重要的意义。本文从RANS方程入手,采用状态方程空化模型和计及可压缩性的SIMPLEC算法,实现了二维水翼CAV2003非定常空泡流动的数值模拟。研究了空泡从初生、发展、断裂,以及最终空泡在下游高压区溃灭的整个过程。计算表明,回射流并非完全液相的,而是汽液两相的。近壁面的回射流是导致空泡脱落的主要原因。最后,通过与第五届国际空泡会议上发表的7篇文献的对比,发现本文的计算结果是合理的。     

中心斜裂纹矩形薄板的极限断裂强度分析

对具有中心穿透斜裂纹在弹性断裂和完全塑性断裂两种破坏模式下的断裂强度进行了分析.在弹性破坏模式下,利用应变能密度因子准则对不同的裂纹倾斜角和不同的矩形板长宽比对斜裂纹的初始扩展角度的影响进行了数值计算和讨论.对于延性材料的完全塑性断裂模式,利用弹塑性有限元对不同裂纹倾斜角下的矩形板的极限拉伸强度进行了分析,并对中心穿透裂纹拉伸强度简化计算公式进行了考虑裂纹倾斜角度的修正.     

舰空导弹战斗部破片飞散运动规律解析

在分析舰空导弹战斗部破片飞散特性的基础上,以运动去耦为前提假设,建立了破片飞散运动规律解析模型。以某型全预制球形破片战斗部为代表,利用所建模型进行了实例计算和结果分析,确定了该战斗部在不同爆炸高度下破片纵向和侧向的最大飞散距离以及相对应的破片初速方向角。研究结果为舰空导弹战斗部破片飞散区域的确定提供了有效的解决方法。