舷侧多舱防护结构抗冲击性能数值研究

舷侧多舱防护结构对水下爆炸载荷直接作用后的舰艇生存能力具有较大影响,研究舷侧多舱防护结构的抗冲击性能对优化和设计新型多舱防护结构具有重要意义.通过对典型舷侧防护结构在水下接触爆炸载荷作用下毁伤过程系统分析,揭示了多舱防护结构近结构在接触爆炸载荷作用下不同破坏模式机理;通过改变炸药量及多舱防护结构板厚,得到了膨胀舱外板对多舱防护结构抗冲击性能影响最大,隔板厚度不应大于膨胀舱外板厚度的结论.     

水下接触爆炸下多舱防护结构载荷特性及动响应研究进展

为探究水下接触爆炸载荷对大型舰船水下舷侧多舱防护结构毁伤的研究进展,从水下接触爆炸下多舱防护结构载荷特性及结构动响应2个方面综述国内外研究现状。对水下接触爆炸产生的冲击波载荷、复杂边界条件下的气泡载荷及高速破片侵彻液舱引起的冲击波载荷的研究现状进行综述;同时对水下接触爆炸下多舱防护结构的舷侧外板结构(背空板)、液舱结构及夹芯结构的响应研究现状分别进行综述。总结国内外学者对相关问题的研究成果,指出目前研究工作中存在的盲点,提出需要进一步研究和解决的问题,旨在为多舱防护结构的研究、设计和优化工作提供参考。     

舱室爆炸载荷作用下舷侧防护结构的响应研究

文章对舱室爆炸载荷作用下舷侧防护结构的响应进行了研究,对防护结构的破坏形式、纵舱壁的响应等进行了详细分析.在舱室爆炸载荷作用下,防护结构中以膨胀舱的受损程度最为严重,液舱往里结构受损程度较轻.受膨胀舱中隔板间距疏密影响的,主要是膨胀舱中甲板及横舱壁,液舱往里结构所受影响很小.     

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。     

水面舰艇舷侧防雷舱结构水下抗爆防护机理研究

在文献[1]朱锡等人关于水面舰艇舷侧防雷舱结构模型抗爆试验研究结果的基础上,分析了水面舰艇舷侧防雷舱各层防护结构在舷侧遭受水中兵器接触爆炸时的破坏模式,从能量的角度计算了各个防护层的吸能率.提出能量流的概念,揭示了水面舰艇舷侧防雷舱的防护机理,从而为防雷舱的防护设计提供了理论基础.     

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。     

潜艇内部液舱对声目标强度的影响分析

[目的]研究潜艇内部液舱对声目标强度控制的影响。[方法]采用基于Kirchhoff高频近似的板块元方法,计算并分析处于潜艇耐压壳体内部不同位置的液舱对目标强度的影响规律,研究4种液舱结构改进方案的目标强度控制效果。[结果]结果表明:内部液舱主要在1～3 kHz频段对目标强度有影响,其中处于舷侧中心线附近的内部液舱对目标强度影响不大,而处于舷侧底部的内部液舱则有较大影响;位于中心线附近的液舱内壁倾斜有利于降低正横目标强度,而位于底部的液舱内壁倾斜虽可大幅降低3 kHz以上频段的目标强度,但对1～3 kHz低频段目标强度的降低效果仍无法抵消存在内部液舱带来的影响。[结论]在潜艇设计中,需对内部液舱采取相应措施,减小其对目标强度的影响。     

泄爆薄板厚度对舱室破坏及舱内载荷影响的数值仿真

[目的]为了研究DDG 1000驱逐舰所采用新型舷侧泄爆结构中泄爆薄板厚度对泄爆效果的影响,[方法]首先,通过实验数据验证仿真方法的可靠性;然后,运用有限元分析软件建立泄爆舱室的仿真模型,分析薄板泄爆结构的泄爆原理,研究不同薄板厚度下舱室破坏及舱内载荷的变化情况;最后,通过函数拟合,得到比冲量和挠度随泄爆薄板厚度变化的二次函数模型。[结果]结果表明:舱室的破坏失效最先发生在薄板和舱壁的连接处,并逐渐向舱壁边角扩大,且薄板厚度越小,越容易形成泄爆口;泄爆口的形成表现为薄板整体飞出舱体;泄爆结构的存在对初始冲击波超压的影响不大,但能有效降低舱内的准静态压力和比冲量;造成防护舱壁变形的主要因素是前期的初始冲击波和反射冲击波,而造成防护舱壁最终破坏的主要因素是长时间作用的准静态压力。[结论]研究结果可为舰船舷侧舱室等结构开展泄爆设计提供一定的参考。     

基于ANSYS/LS-DYNA的多层舷侧结构抗空中接触爆炸防护性能研究

针对典型舰船舱段不同舷侧结构(Y型舷侧和V型舷侧)的防护性能,采用ANSYS/LS-DYNA流固耦合分析模块对其在空中接触爆炸载荷作用下的动塑性响应进行数值模拟计算,并将结构毁伤的数值结果同已有经验公式进行对比验证。通过对不同舷侧型式舱段的破口以及塑性变形面积大小的对比分析,发现Y型舷侧结构的防护性能随翼板角度的增大而增强,且整体防护性能优于V型舷侧结构;而V型舷侧结构的防护性能跟翼板角度没有明显规律,只有部分角度结构能够提升防护性能;最后综合各算例毁伤效果得出120°Y型舷侧结构防护性能最优。     

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.     

舷侧防护结构抗导弹动能穿甲防护性能数值仿真

[目的]为了分析不同的舷侧防护结构抗导弹战斗部动能穿甲的防护性能,[方法]设计单层均质钢装甲结构、双层格栅防护结构等舷侧防护结构,采用数值仿真方法对比不同的舷侧防护结构阻拦中型亚音速半穿甲反舰导弹战斗部的效果。[结果]研究结果表明:采用形式简单的单层均质钢装甲作为舷侧防护结构时,需采用力学性能优良且厚度50 mm以上的某高强度钢,并且在实船应用中还应考虑薄、厚板间施工以及异种钢电位差腐蚀等问题;而采用双层格栅舷侧防护结构则可以避免上述问题。对于双层格栅防护结构,在重量一定的条件下,通过将重量资源分配给内层板以增加内层板厚度,可以显著提高双层格栅结构的整体防护能力。[结论]研究成果可为水面舰船抗导弹动能穿甲舷侧防护结构设计提供参考。     

爆炸破片穿透舰船舷侧防护水舱剩余特性研究

为了抵御水下武器对舰船结构的毁伤,大型水面舰船在舷侧要设置多层防护结构。针对破片对防护水舱的毁伤情况以及破片穿透水舱的剩余特性问题,应用ABAQUS软件,采用耦合欧拉一拉格朗日方法,数值模拟了不同形状、不同质量、不同长细比的爆炸破片穿透舰船舷侧防护水舱,特别是背水钢板的演变过程。通过对数值试验结果的分析得到了爆炸破片穿透舷侧防护水舱剩余特性的规律。研究表明,球状破片的剩余速度要比柱状破片的剩余速度大得多,并且破片细长比也是影响破片剩余速度的重要因素。     

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。     

爆炸破片穿透舰船舷侧防护水舱剩余特性研究

为了抵御水下武器对舰船结构的毁伤，大型水面舰船在舷侧要设置多层防护结构。针对破片对防护水舱的毁伤情况以及破片穿透水舱的剩余特性问题，应用ABAQUS软件，采用耦合欧拉—拉格朗日方法，数值模拟了不同形状、不同质量、不同长细比的爆炸破片穿透舰船舷侧防护水舱，特别是背水钢板的演变过程。通过对数值试验结果的分析得到了爆炸破片穿透舷侧防护水舱剩余特性的规律。研究表明，球状破片的剩余速度要比柱状破片的剩余速度大得多，并且破片细长比也是影响破片剩余速度的重要因素。     

双壳船体结构在楔形物撞击下的损伤特性试验及数值仿真分析

[目的]船舶碰撞的后果往往是灾难性的,尤其是由双壳油轮碰撞或搁浅事故所造成的海洋生态灾难,多年都难以恢复。为评估双壳结构的耐撞性能,开展双壳船体结构在楔形物撞击下的损伤特性试验与仿真研究。[方法]首先,针对双壳体结构模型开展准静态碰撞实验;然后,利用有限元软件LS-DYNA对双壳体结构试验模型进行数值仿真。[结果]结果显示:试验和数值仿真结果在撞击载荷响应与变形破坏模式上吻合较好;双壳体结构内、外壳板的变形及破坏模式区别较大;内、外壳板之间的横隔板产生的塑性变形会延迟外壳板的断裂。[结论]所做研究可用于船体舷侧结构或船底结构在遭受碰撞或搁浅时的损伤性能评估。     

冰载荷作用下舷侧骨架典型节点有限元分析

[目的]为了探索横骨架式破冰船在冰载荷作用下舷侧骨架典型节点的受力情况,需要针对舷侧典型节点进行数值分析。[方法]首先,基于一艘PC2级重型破冰船,根据中国船级社(CCS)规范,对该型破冰船的冰载荷进行规范计算,得到本次计算的冰载荷;然后,采用有限元分析软件MSC/PATRAN创建舷侧骨架典型节点的有限元模型,在破冰船外板上施加具有代表性的冰载荷,计算舷侧骨架典型节点的应力状态;最后,通过不断变更典型节点形式,得到关注区域的应力分布差异。[结果]不同典型节点形式应力大小的对比分析显示,在舷侧纵桁区域选择肋骨穿越,在甲板区域选择肋骨断开的结构形式更优。[结论]总结并提出的破冰船舷侧骨架典型节点结构形式的设计要点可为肋骨穿越形式的结构设计提供一定的参考。     

舱内爆炸载荷下箱型梁船体节点结构强度分析

[目的]为了研究箱型梁典型节点结构在舱内爆炸下的结构强度,[方法]基于ANSYS/LS-DYNA显式动力有限元软件,首先建立箱型梁船体舱段结构的有限元模型。然后,采用ALE算法开展舱内爆炸载荷下舷侧箱型梁与强横梁连接处不同型式节点结构的动态响应数值计算。最后,在给定的炸药当量和爆点位置情况下,获得舱室结构的整体变形和破坏模式,并分析在不同节点结构设计方案下典型位置的应力特征。[结果]计算结果表明:舷侧箱型梁与强横梁连接处圆弧式和肘板式节点结构的应力峰值与甲板破口尺寸基本相当;从舱壁撕裂长度来看,肘板式稍逊于圆弧式,在中间箱型梁与强横梁连接处,圆弧连接最优,单侧肘板次之,双侧肘板最差。[结论]所得到的数值计算结果可为箱型梁节点连接结构的工程应用提供有益的参考。     

LNG船舷侧碰撞损伤场景下的极限强度研究

液化天然气(LNG)船的船体极限强度是衡量其安全性及环境适应性的重要指标。LNG船在受到撞击损伤后的安全性,不仅取决于船体结构的剩余极限强度,还取决于其围护系统中的绝缘箱能否在船体损伤状态下承受结构变形所引起的应力载荷。利用有限元数值仿真技术和ABAQUS软件,建立LNG船液舱围护系统以及舱段的有限元模型,模拟LNG船舷侧受撞击场景。在碰撞损伤基础上,对含有液舱围护系统的LNG船舱段开展极限强度研究,获取LNG船舱段结构的极限承载能力。研究发现在船体达到极限强度状态之前,液舱围护系统不会失效。     

多开口甲板板架结构极限承载力实验研究

[目的]为了研究多开口结构形式对甲板板架结构极限承载能力的影响,[方法]以2种不同开口形式的双层板架模型为研究对象,对其在轴向压缩载荷作用下的极限承载能力进行实验研究,对比分析双开口甲板结构和舷侧开口板架结构的失稳破坏模式及极限承载能力,得到多开口甲板板架结构在逐步崩溃过程中甲板各处应力的变化规律。[结果]实验结果表明:开口角隅处应力集中现象明显,随着轴向压缩载荷逐渐增大,开口中部甲板应力急剧上升,多开口结构最终均在最大开口的中部发生失稳破坏;甲板开口尺寸对结构初始轴向刚度的影响显著,舷侧开口结构则在弹塑性变形阶段对极限承载力的影响占主导地位。[结论]所提实验研究方法及结果可为此类甲板结构的设计提供参考。     

夹层板在舰船舷侧防护结构中的应用

水面舰船抗水下爆炸的性能是舰船生命力的重要方面,深受各国海军重视.以某型水面舰船为研究对象,基于夹层板进行舷侧结构设计;选取典型工况,采用三舱段模型技术,使用MSC.Dytran对夹层板舷侧结构在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应进行仿真计算.比较分析了流-固耦合力、结构变形、速度、加速度、吸能等重要力学性能.结果表明夹层板应用于舰船舷侧结构使得结构的变形、位移减小,结构塑性吸能增加,显著改善了结构的冲击环境.夹层板是一种防护性能优良的结构形式,吸能效率较高,还减小了冲击波压力及冲量的吸收及传递,对减小舰船其它部位结构的损伤防护起到重要作用.