舰船结构在非接触爆炸载荷作用下的非线性分析

舰船在海战中经常遭受鱼雷、火炮、炸弹和导弹等武器的攻击,由于接触爆炸和非接触爆炸对舰船是致命的,所以如何正确预报爆炸载荷作用下舰船结构的变形与破损,是各国海军都十分关心的一个问题,也是生命力研究的一个重要课题.本文主要研究船体舱段遭受反舰导弹和激光制导炸弹2类武器攻击非接触爆炸后产生的塑性变形的大小和范围.采用准静态方法,根据相关文献将爆炸载荷化为静载,同时考虑材料非线性和几何非线性,对船体舱段在遭受导弹和激光炸弹攻击时进行有限非线性分析,得出相应的结论.     

基于提升线导鱼雷捕获概率的导引方法优化研究

在现代的海战中,线导鱼雷是潜艇攻远距离击水面舰船的主要武器之一,潜艇发射线导鱼雷攻击水面舰船的过程中,潜艇鱼雷攻击的成败完全取决于艇上武器系统能否有效地对鱼雷实施导引鱼雷。论文着重对前置点导引法的原理和模型进行研究,并对模型参数进行优化。采用模拟仿真方法,对线导+声自导鱼雷捕获水面舰船的概率进行了仿真分析。仿真结果表明,在设定的仿真条件下,使用前置点优化法导引鱼雷攻击目标的捕获概率高于使用前置点和修正方位法导引鱼雷攻击目标的捕获概率,确实达到了提升鱼雷捕获概率的效果。     

水下爆炸作用下计及冲击动弯矩的舰船总强度分析

水下爆炸作用下舰船结构的总强度分析一直是业内水面舰船强度研究的重点内容之一。本文选取典型水下爆炸工况,借助数值仿真的手段,采用通用有限元程序Abaqus中的声固耦合法,在计及水下爆炸冲击动弯矩的条件下模拟水下非接触爆炸作用下舰船的动响应。结合各主要舰船强度规范对某水面舰船的典型剖面的水下爆炸冲击动弯矩进行初步分析,给出了各爆炸工况下不同剖面的动弯矩时历曲线,并以动弯矩所占百分比的形式展现了冲击动弯矩对舰船总强度校核的重要性。为舰船的总体结构设计提供参考。     

舰船船底破损后的外载荷和应力研究

以某舰船为例,用符拉索夫法计算了鱼雷在舰船底部非接触爆炸使舰体结构产生破损后由于进水引起的浮态和载荷变化,给出了鱼雷命中破损后波浪弯矩随不同破损部位、不同进水体积的变化规律。在此基础上计算了鱼雷爆炸使舰体结构产生破损后的应力。研究指出,计算破损舰船结构应力时必须同时考虑破损使结构承载力大大下降和由于进水引起的浮态和载荷变化对舰艇生命力的影响。舰体结构的正应力和剪应力都随着进水体积的增大而增大,鱼雷最危险的命中位置是船中和剪力最大处。研究对舰船生命力的评估有重要意义。     

水下非接触爆炸作用下舰船结构损伤评估

由于水下爆炸和舰船结构动态响应的复杂性,水下非接触爆炸作用下舰船结构损伤研究主要来自于对试验现象或试验数据的分析。传统对水下爆炸作用下舰船结构损伤研究的理论分析和计算过程主要考虑水下爆炸冲击波和2次压力波。本文提出了气泡脉动对舰船结构的冲击,明确了气泡脉动对舰船结构损伤的关系;在综合研究水下非接触爆炸作用下舰船结构损伤模型基础上,建立了舰船结构的损伤等级,确定了等级评估标准;举例与模拟试验情况下舰船结构损伤情况进行对比,结果基本吻合。     

舰船水下非接触爆炸响应的数值模拟

通过数值模拟研究舰船结构水下非接触爆炸载荷下的响应，以有限元方法建立有限水域中的整船结构的有限元模型，并应用声固耦合算法模拟整船的水下爆炸响应，得到结构的冲击加速度响应和冲击响应谱、瞬态应力／应变分布以及结构易于损坏的部位。     

船体在水下冲击作用下的动态响应仿真

舰船在执行任务时,不可避免的会发生敌方鱼雷、导弹等武器的打击,在水下的冲击场景主要有接触爆炸、非接触爆炸和自身冲击等,其冲击作用可能会造成船体结构的损伤,甚至造成舰船沉没等事故。因此,研究船体结构在水下冲击作用下的强度与力学响应有重要的意义。本文详细研究了水下冲击与爆炸理论,建立了水下冲击模型,并基于有限元分析软件Abaqus进行了船体的有限元建模、网格划分、冲击载荷施加与动态响应仿真。     

接触爆炸下舰船强力甲板塑性动态响应特性研究

基于舰船强力甲板结构和接触爆炸工况设计,采用非线性有限元计算方法对在不同炸药量下、不同尺寸的纵桁和强横梁的强力甲板进行接触爆炸数值模拟。分析球形炸药接触爆炸下空气冲击波的压力分布以及对甲板的冲击过程,结果显示强力甲板结构在接触爆炸下呈现出3种破坏模式,并通过定义构件相对强度因子,提出了破坏模式的判别条件,初步揭示舰船强力甲板在接触爆炸下的塑性动态响应特性。     

水面舰船双层结构水下抗爆特性数值模拟

在充分调研国内外相关文献的基础上,选取当代海战中普遍使用的水下攻击武器以及大型舰船典型双层结构为研究对象,通过非线性有限元程序LS-DYNA,对水面舰船双层结构水下抗爆特性进行数值模拟,分析各层结构在遭受水中兵器接触爆炸时的破坏模式并得出结论:采用所使用的材料模型及网格划分方法所得的结果与经验公式相符,具有良好的工程精度;底部破坏具有明显的网格状,破口受强力构件的限制,沿着强力构件裂开,花瓣状不明显;应力集中区域表现在内外底板间强力构件与内外底板的交接处,特别是龙骨等结构处。在此基础上,从吸能效果的角度计算各层结构的吸能比例,结果显示,在接触爆炸作用下,船底内、外底板间结构是主要的吸能结构,其吸收能量大于内、外底板。     

战斗部远场水下爆炸对舰船冲击损伤评估

利用128核并行计算版ABAQUS软件对爆破型战斗部由远至近攻击舰船的5个工况进行数值模拟,给出主甲板、内底和底龙骨等重要部位的加速度响应,分析冲击因子为0.24-0.78时加速度响应的变化规律。利用实船爆炸试验测量结果对所用仿真算法进行对比验证,并提出采用相对加速度冲击因子的表征参数来评价战斗部远场水下爆炸对靶船的冲击损伤效果。研究成果可为爆破型战斗部毁伤能力评估及舰船结构抗冲击性能评估提供参考。