中小型水面舰船抗毁伤结构设计初探

舱室内部爆炸载荷是反舰导弹毁伤水面舰船结构的主要载荷形式之一。以二次舱室内爆模拟毁伤效应试验为例，分析并指出内爆载荷作用下舰艇舱室结构的毁伤机理和典型破坏模式。在此基础上，结合现代中小型水面舰艇抗毁伤结构设计的最新发展，提出并较为深入地探讨了中小型水面舰船抗毁伤结构设计的基本原则与途径。     

典型舱室结构内爆毁伤效应

为研究内爆载荷下的典型舱室结构毁伤效应,针对大型舰船的典型舱室结构,结合冲击波载荷的经验计算公式,采用一种简化算法对爆炸舱室板架整体损伤情况进行计算,并使用数值仿真方法进行验证。分析常规反舰导弹作用下的典型舱室结构毁伤模式。根据相关大尺度模型内爆试验结果,研究爆炸舱室板架失效模式,并用试验结果对简化算法再次验证。结果表明,该简化算法具备一定的可靠性和准确性。     

舱内爆炸载荷作用下加筋板动态响应试验研究

相对于敞开环境来说,发生在封闭舱室内的爆炸将对舰船结构造成更加严重的毁伤。论文对四边夹持约束的方形加筋板在舱内爆炸载荷作用下的动态响应进行了试验研究,分析加筋板结构的塑性大变形特征和舱室封闭程度对爆炸载荷作用效果的影响。试验结果表明:加筋板在舱内爆炸载荷作用下主要是发生整体塑性变形,中心变形挠度远远大于板厚值,中面膜力在板变形过程中起主要作用。与敞开环境爆炸载荷作用效果相比,舱内爆炸载荷作用在加筋板上的"等效损伤冲量"提高了6~8倍。结构变形主要取决于舱室壁面的反射冲击波和舱内准静态压力载荷。舱壁开孔降低了舱室壁面的封闭限制效果,导致舱内准静态压力载荷衰减速度加大,从而降低了爆炸载荷对结构的破坏能力。     

内爆载荷作用下多舱室结构的破坏仿真分析

以典型舰船舱室为研究对象,分别建立对应2种打击模式下的多舱室结构模型。采用有限元分析软件,模拟多个舱室结构在内部爆炸冲击载荷作用下的变形和破坏过程,对炸药在舱内爆炸的毁伤特点以及舱室结构的破坏机理进行分析。分析结果表明,舱室结构破坏受炸药装药量、舱壁厚度、初始破口等因素影响,且初始破口对最终破坏效果的影响随着装药量的增加而降低。在对内部遭受较大装药量打击的舰船进行结构毁伤评估时,对于中心处起爆的情况,在进行多舱室建模时,可近似忽略导弹破口的影响,从而方便建模和计算过程。     

舱室结构在战斗部舱内爆炸作用下 毁伤特性的实验研究

文章设计了典型多舱结构模型,开展了多舱结构在舱内爆炸作用下的毁伤特性实验,测量了爆炸破片和冲击波载荷,并用高速摄像机记录了爆炸毁伤过程,分析了塑性变形、毁伤模式等结构毁伤特点。结果表明:(1)舱内爆炸作用下结构受爆炸冲击波与破片群联合作用,且舱内爆炸载荷包含明显的准静态压力段;(2)紧贴战斗部的舱壁发生花瓣状破口并将压力泻到相邻舱室,较近结构受冲击波与破片联合作用效果明显;(3)加强筋较好地限制了爆炸破口,但变形梯度较大的地方易产生裂纹;(4)内爆炸作用下普通舱门是舱室结构薄弱环节,须重点关注。     

水面舰船柴油机动力装置战损故障模式及快速抢修技术研究

正6反舰导弹的毁伤模式由战损机理分析可知,反舰导弹半穿甲型战斗部打击水面舰船造成的毁伤,可分为导弹整体穿甲毁伤、高速破片侵彻毁伤和爆炸冲击波毁伤等3种。6.1导弹整体穿甲毁伤半穿甲型战斗部反舰导弹打击水面舰船,首先依靠自身动能穿透舰船防护结构的最外层板架,穿透后依靠剩余速度继续飞行,经过若干ms后,在舱室内部爆炸。为提高防护能力,大型水面舰船大都采用多层舷侧复合结构。对半穿甲型战斗部反舰导     

战斗部舱内爆炸对舱室结构毁伤的实验研究

为探讨舰船抗爆抗穿甲防护结构设计,利用导弹模拟战斗部进行了舱室内部爆炸模型试验,研究内爆条件下高速破片和爆炸冲击波对舱室结构的联合毁伤效应,分析舱内爆炸环境下舱室板架结构的典型破坏模式.结果表明:模拟战斗部内爆载荷作用下舱室结构的整体变形以冲击波破坏为主;战斗部破片对舱壁板架产生侵彻穿孔破坏,并在近爆区板架上形成了破口密集区域;单个破口对舱室整体结构破坏影响不大,而密集破口区在后续冲击波作用下会发生撕裂,形成大破口,影响舱室整体结构性能.该研究结果,可用于指导舰船防护结构的设计.     

舱内爆炸冲击载荷特性实验研究

为探讨舱室抗爆结构设计,采用典型舱室结构进行了舱内爆炸模型实验,研究了舱内爆炸下的冲击载荷及其作用过程,分析了舱内爆炸载荷的强度及舱内爆炸载荷作用下舱室板架结构的失效模式.结果表明:舱内爆炸载荷与敞开环境下的爆炸载荷有较大区别,由于舰艇结构的影响,舱内爆炸下,舱室板架结构承受的冲击载荷除壁面反射冲击波外,在舱室角隅部位还有强度远大于壁面反射冲击波的汇聚冲击波,以及这些冲击波的多次反复作用;舱内爆炸下舱室板架中部结构所承受的初始冲击载荷强度与敞开环境爆炸下壁面反射冲击载荷强度相当,而角隅部位舱内爆炸载荷的强度远大于敞开环境爆炸下壁面反射冲击载荷;舱内爆炸下舱室板架结构的主要失效模式是沿角隅部位发生撕裂失效并发生大挠度外翻变形.     

舱内爆炸准静态压力形成机理的研究

舱内爆炸准静态压力载荷是反舰导弹半穿甲战斗部最重要的破坏载荷之一。基于炸药爆炸过程中的化学反应过程和状态方程开展了准静态压力的理论分析与预测,并通过模型试验验证预测公式的正确性,讨论了在有无氧气环境下的准静态压力。研究结果表明:(1)舱内爆炸与自由场爆炸有较大的不同,除了多次反射的冲击波外,还存在准静态压力;(2)基于状态方程提出的准静态压力计算方法具有一定的预测能力;(3)需要氧气支撑的后续燃烧效应对准静态压力的形成至关重要。研究结果能为舱内爆炸作用下的舱室毁伤防护机理的揭示和防护设计提供有效支撑。     

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。     

船内爆炸载荷特性及对舰船结构毁伤研究综述

反舰导弹是水面舰船生命力的主要威胁之一。科学认识导弹战斗部船内爆炸复杂毁伤元特性及其作用规律是舰船抗爆结构设计的重要前提。但迄今为止,船内爆炸冲击波、破片群及爆炸产物的定量表征、其对舰船的毁伤机理及数学规律研究远不充分。在梳理国内现有研究成果的基础上,分析了船内爆炸载荷特性及对水面舰船结构的毁伤特性,然后分别针对船内爆炸对结构的主要毁伤过程,分别在试验、理论分析及数值仿真方面的研究进展进行了综述,总结了在基础研究方面存在的不足,提出了尚需解决的问题,旨在为舰船抗内爆结构的研究与设计提供参考。     

计及水流场效应的军辅船空爆毁伤特性

为研究空中爆炸载荷对舰船结构的毁伤效果,利用Ansys对典型军辅船进行完整建模,在考虑船体周围水流场的前提下,基于LS-DYNA中的ALE算法模拟了典型舰船结构在空中爆炸作用下的响应并将之同实船实验数据进行对比分析,验证了其有效性。通过分析不同工况下典型位置的冲击响应数据及舰船结构毁伤效果云图,得出如下结论:空爆对舰船的毁伤具有明显的局部效应;强构件交界处及舱室角隅处因空爆反射波而产生应力集中,从而成为空爆中的薄弱环节;空中接触爆炸对舰船结构的毁伤效果以形成局部破口为主要形式;穿舱爆炸破坏模式受舱室容积的影响较大,距离爆源相同距离处的响应峰值有很大的不同,各层板架具有明显的滤波吸能效果。文中的计算方法及结论将为舰船抗空爆毁伤相关方面的研究提供参考。     

战斗部破片侵彻舰船横舱壁结构的数值分析

半穿甲型反舰导弹主要通过破片侵彻能力和爆炸冲击波能量对目标构成毁伤作用。通过对爆炸破片特性和舰船横舱壁结构破坏模式的分析,采用合适的材料模型和有限元仿真技术,对战斗部破片侵彻舰船横舱壁结构的过程和毁伤效应进行动态描述,分析横舱壁在高速破片侵彻下的破坏机理。考虑破片的可变形性,给出破片侵彻的能量变化和舱壁结构的吸能特性,获得侵彻速度与横舱壁结构吸能的关系曲线,并比较舱壁板和骨材的吸能情况随侵彻速度变化的规律,为侵彻载荷工况下现代舰船横舱壁的防护设计提供参考。     

舰船舱室内部爆炸的数值模拟研究

反舰武器战斗部在舰船舷侧防护结构内部爆炸将造成舱室的严重破坏,数值模拟是分析结构在爆炸载荷作用下破坏情况的有效手段之一.舱室内部爆炸的数值模拟涉及到冲击波传播、多个流场与结构的耦合、结构的变形与破坏.文章基于MSC.Dytran软件平台,实现了舱室内部爆炸的数值模拟.研究表明,在舱壁开口有利于减小舱室角隅处的汇集压力,保护舱室结构.同时,爆炸产生的二次破片对舱室结构能产生进一步毁伤效果.     

舱内爆炸破片特性及其毁伤威力

运用非线性软件MSC/Dytran对反舰导弹在舰船舱内爆炸产生的高速破片载荷特性,包括破片初速、破片质量以及破片形状等进行有限元分析,并将数值模拟结果与经验公式计算值进行比较。通过破片高速侵彻一种初步设计的双层平板舱壁结构过程的动态模拟,确定破片能够穿透双层舱壁上下面板的临界质量;根据破片质量分布规律和双层舱壁结构的损伤情况,对破片的毁伤威力进行等级划分,为新型舰船舱壁结构的防护设计提供有效指导。     

舱室复合材料结构的抗爆性能数值仿真

[目的]随着现代舰船技术的不断发展,以及对船体自身抵抗反舰武器打击能力的要求不断提高,复合材料广泛应用于舰船防护结构中。为探究舱室内爆过程中凯夫拉材料防护结构的抗爆性能,[方法]在建立含多层甲板的实船舱段有限元模型的基础上,在两甲板之间建立舱室结构模型,并在其围壁内铺设凯夫拉材料装甲防护结构,计算舱室内爆过程中凯夫拉材料装甲防护结构的动态响应及毁伤。为正确模拟凯夫拉材料各向异性材料的属性特征,采用实体单元建立装甲防护层,对围壁上单元节点与凯夫拉材料单元节点采用tie约束,以保证节点共同运动。[结果]结果显示,未采用防护材料的舱壁在爆炸冲击载荷下发生了完全撕裂破坏,而采用了防护材料的舱壁只在冲击波正对位置发生了局部撕裂破坏。[结论]通过对比分析舱内不同起爆位置、在有/无凯夫拉材料装甲防护结构条件下的舱室毁伤特征,可为舱室的抗爆防护设计起到一定的支撑作用。     

实尺度舰船舱内炮弹静爆试验方法

[目的]为提高舰船在舰炮攻击下舱室损伤特性的等效性,更好地反映实船舱内炮弹爆炸对船体结构、设备和人员的毁伤特性,[方法]采用实船舱室模型进行炮弹舱内静爆试验,以得到舱内静爆冲击波的超压、准静态超压、结构应变等数据处理方法,最终得到实验爆源、舱室结构、设备和人体模型的简化方法及设计制作要求。[结果]根据试验结果,总结出局部花瓣破口(Ⅰ)、边界剪切断裂(Ⅱ)和板架大变形(Ⅲ)3种舱室结构的损伤模式及其判据。其中,新提出的损伤模式Ⅰ的判据为爆距小于0.25倍板架宽且爆源能量大于板的弯曲塑性变形能。[结论]该研究将前人总结的矩形板架爆炸变形破损模式进行了拓展,所得结果可为舰船抗爆校核评估与防护设计提供参考。     

动爆载荷作用下舱室结构毁伤效果研究

运用数值仿真计算方法,研究动爆载荷作用下舱室结构的毁伤效果.动爆载荷对舱室结构毁伤效果的不对称性主要体现在装药运动正、负向舱壁的破坏模式及破坏程度不同.基于仿真计算工况,总结出舱室结构的5种不对称破坏模式.依据量纲分析理论,提出一组适用于动爆载荷作用下舱室结构不对称破坏模式的无量纲表达式,并将无量纲表达式应用于动爆载荷...     

水下爆炸与舰船毁伤研究进展

水下爆炸可对舰船等水中结构造成严重毁伤,严重危及舰船的生命力和作战能力,是学术和工程界研究的难点问题之一。水下爆炸载荷包括冲击波和气泡,其对水中结构造成不同模式的毁伤。长期以来,研究人员在水下爆炸载荷及其对水中结构的毁伤方面均进行了大量的研究工作,取得了巨大进展和重要研究成果。但是由于该问题的难度和复杂性,迄今仍存在许多艰涩的力学难题有待攻克和解决。因此,从理论研究、数值模拟和实验研究等方面综述水下爆炸载荷及其对舰船毁伤的研究进展,并在此基础上提出未来需要进一步展开的研究工作,旨在为水下爆炸与舰船毁伤、水下爆炸威力等相关研究提供参考。     

典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性

[目的]为研究典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性,将舱内爆炸载荷分为初始爆炸冲击波载荷和准静态气压载荷,利用有限元分析软件LS-DYNA开展爆炸载荷下固支单向加筋板毁伤特性的数值模拟。[方法]主要模拟载荷冲量相等和载荷峰值相等时固支单向加筋板的变形特性,以及加筋板分别在初始爆炸冲击波载荷、准静态气压载荷及2种载荷联合作用下的毁伤特性,并分析上述载荷作用下加筋板的变形特点。[结果]结果表明:当作用在加筋板上的冲量相等、载荷作用时间小于0.05倍垂向一阶自振周期时,加筋板的最终挠度值处于最大值附近;当载荷峰值相同时,存在饱和冲量值,达到饱和冲量值以后,载荷作用时间不再影响加筋板的最终变形。[结论]在舱内爆炸载荷作用下,加筋板的最终变形不是2种载荷作用下的简单叠加,2种载荷的联合作用会增强毁伤效果。