水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下船体结构的动响应

由冲击波引起的结构动力毁伤与由气泡引起的结构动力毁伤机理不同.基于双渐近（DAA）理论,建立-套有限元方法与边界元方法相结合的数值计算程序.分别研究非接触水下爆炸冲击波载荷与气泡载荷作用下三维船体结构的动响应,阐述水下爆炸载荷与三维船体结构之间的流固耦合理论.通过算例,详细讨论冲击波与气泡载荷作用下船体结构的总体响应和局部响应的-些特征与机理.计算结果表明,在非接触水下爆炸中,冲击波主要是对船体结构造成局部毁伤,而气泡则会对船体结构造成总体与局部的双重毁伤.     

深水爆炸载荷及对潜艇结构毁伤研究进展

深水爆炸载荷及对潜艇结构的毁伤研究可以为反潜武器的高效毁伤和潜艇结构的安全性提供必要支撑.长期以来,研究人员在水下爆炸领域取得了巨大的进展,但研究成果大多基于浅水模型,深水爆炸领域仍存在许多问题有待研究.本文从实验研究和数值模拟2个方面综述深水爆炸领域的国内外研究进展,报告深水爆炸实验技术和数值模拟技术研究现状,总结水深对水下爆炸冲击波、气泡载荷特性和潜艇结构毁伤特性的影响规律,对该领域有待研究的问题进行展望.     

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。     

水下接触爆炸作用下的船体板架结构毁伤研究

船体板架是舰船中最主要的结构形式,研究在水下接触爆炸作用下的船体板架毁伤过程对于舰船的抗爆抗冲击设计具有重要意义。借助AUTODYN通用软件,建立船体板架水下接触爆炸数值模型,同时运用耦合欧拉—拉格朗日算法进行计算,并与试验最终失效模式进行对比,吻合良好。分析了水下接触爆炸作用下船体板架毁伤全过程,并对船体板架破口的形成和扩展进行了分析,探讨了加强筋的破坏模式,提出了板架结构中板和加强筋破坏模式的耦合效应。通过研究,揭示了水下接触爆炸作用下船体板架的毁伤特性。     

水下爆炸对舰船结构损伤特征研究综述

鱼雷、水雷等水中兵器是舰船生命力的主要威胁之一。舰船水下爆炸已成为国际上研究的热点问题,虽然,近年来在舰船水下爆炸领域取得了一系列丰硕的研究成果,但迄今为止,水下爆炸冲击波、气泡运动及其对舰船结构的毁伤机理与规律仍未被完全揭示。针对此研究现状,首先分析了水下爆炸载荷特性,总结了水下爆炸对舰船结构的毁伤特性;其次,从应用研究和科学研究两方面,概括了舰船水下爆炸实验、理论分析以及数值方法方面的研究进展,总结了在基础研究方面存在的问题,旨在为舰船抗爆抗冲击相关研究提供参考。     

水下爆炸载荷特性及其作用下的舰船毁伤与防护研究综述北大核心CSCD

从水下爆炸研究的重要性和基本物理现象入手,阐述水下爆炸载荷特性及其作用下的舰船毁伤与防护研究背景与意义、研究进展与现状,以及存在的关键难题。针对存在的难题,阐述主要的水下爆炸理论、模型与方法。在理论和计算研究方面,阐述气泡动力学统一理论、水下爆炸瞬态强非线性气-液-固全耦合模型与计算方法,以及能够解决实际问题的流固耦合FSLAB基础工业软件。在实验研究方面,阐述水下爆炸代替性实验方法,以及模型试验方法。在此基础上,给出水下爆炸载荷及其作用下舰船毁伤与防护领域的理论分析、计算以及实验结果,并对此进行讨论,旨在为水下爆炸相关研究提供参考。     

圆柱壳附近水下爆炸气泡动态特性研究

基于不可压缩势流理论,运用边界元方法,建立圆柱壳附近水下爆炸气泡三维数值模型。然后采用该模型模拟深水中圆柱壳附近近场水下爆炸气泡运动,并对气泡动态特性以及攻角大小对其影响规律进行了研究。计算结果表明,膨胀阶段气泡受浮力作用以及壁面的排斥作用影响较小;收缩阶段气泡受浮力作用以及气泡受壁面的吸引作用影响较大,随攻角的减小,气泡射流作用和气泡脉动压力均逐渐增强,即爆点位于圆柱壳结构正下方时所造成的结构损伤最为严重。研究结论有益于潜艇结构抗爆防护设计,也为水下爆炸气泡载荷作用下潜艇结构毁伤机理研究提供了参考依据。     

水下爆炸气泡载荷对舰船的总体毁伤研究

在水下非接触爆炸中,气泡载荷因其脉动频率经常接近于舰船的垂向固有频率而造成舰船总体毁伤。阐述水下爆炸气泡与弹塑性船体梁之间的流固耦合理论,建立了一个考虑气泡迁移,自由面效应和气泡阻力的气泡模型和船体梁的弹塑性模型。以实船为算例,计算了气泡载荷作用下船体梁的弹塑性变形,分析船体梁发生弹塑性损伤的机理和特征。     

水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因,气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论,建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例,对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析,详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后,将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证,结果吻合良好。算例表明,考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。     

水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因,气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论,建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例,对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析,详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后,将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证,结果吻合良好。算例表明,考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。     

水下爆炸对船底结构毁伤效应的数值仿真

水下爆炸是毁伤舰船等水中航行器的一条重要途径,但是水下爆炸对船舶毁伤效应的试验操作复杂,理论分析也难于进行,因此应用数值仿真手段研究水下爆炸对目标的毁伤效应具有实际意义。大中型船舶均采用双层船底结构,在给定的装药量的作用下双层船底结构的破坏程度就成为了一个关注的重要问题。采用非线性动力学分析软件AUTODYN-3D研究了薄板在水下非接触爆炸作用下的力学响应并与实验进行了对比,验证了计算的合理有效。对舰船典型的双层船底结构建模,进行了水下爆炸对双层船底结构毁伤效应的数值仿真研究,给出不同的船底结构在水下爆炸作用下的响应特点。     

水下爆炸气泡动态特性研究综述

据研究表明,对于舰船工程而言,水下爆炸造成的危害十分巨大,爆轰冲击波仅对舰船产生局部破坏,而气泡运动引起的脉动压力、滞后流对舰船造成总体破坏,危及舰船总纵强度,使舰船在中横剖面处断裂,且气泡坍塌形成的射流还会引起结构局部毁伤,近年来气泡和水中结构物的相互作用已成为国际上研究热点.为此,本文从水下爆炸气泡的基本现象人手,着重从理论分析、试验技术以及数值方法等方面阐述国内外该领域的研究进展及现状,回顾和讨论了水下爆炸气泡膨胀、坍塌、溃灭以及射流形成等莺要动力学行为的研究进程及关键技术.最后,在前人研究基础上提出了一些尚需进一步解决的问题,旨在为业界同行提供参考.     

船舶工程领域内水下爆炸气泡的相关研究

近年来的研究表明,水下爆炸气泡载荷能够造成结构物的严重损伤,气泡与自由表面、结构目标等的相互作用问题成为研究的热点,也是难点.根据水下爆炸气泡研究领域的已有成果,从试验研究、理论研究和数值仿真研究等方面对其研究现状进行了介绍,并提出了一些建议和展望.     

敷设橡胶圆板近场水下爆炸数值模拟

[目的]为了深入研究敷设覆盖层结构在近场水下爆炸作用下的响应特征,[方法]运用龙格库塔间断伽辽金法(RKDG)、边界元法(BEM)和有限元法(FEM)的耦合计算方法(RKDG-BEM-FEM),研究敷设橡胶圆板在近场水下爆炸载荷作用下的响应特征;通过与试验得到的湿表面压力、气泡形态等结果进行对比,验证计算方法的有效性,探讨近场水下爆炸气泡在柔性边界附近的响应特征。[结果]研究结果表明,敷设实心橡胶能够缩短冲击波的脉宽,但是更容易出现空化溃灭;敷设实心橡胶对近场水下爆炸气泡的变形影响不大。[结论]研究成果可为舰艇抗冲击结构近场水下爆炸设计提供理论依据。     

近场爆炸载荷作用下某大型舰船结构剩余强度分析

近场水下爆炸载荷作用下舰船结构的毁伤效应及剩余强度问题一直是业内研究的重点内容之一。首先,对典型舰船设置近场水下爆炸工况,并结合通用FEM软件对近场爆炸载荷下的结构响应进行模拟。然后,根据近场爆炸产生的破口和塑性变形,对典型剖面剖面模数的损失进行分析,发现由近场爆炸引起的毁伤会导致剖面出现8%~10%的剖面模数的损失。最后,对破损舰船浮力重新分布后的波浪弯矩和静水弯矩进行计算,并结合军规对舰船在近场水下爆炸载荷作用后破损情况下的剩余强度进行分析。结果显示,在鱼雷的攻击下,该型舰船依然满足剩余强度要求。     

水下爆炸对舰船结构毁伤效应的研究现状及展望

从非接触爆炸和接触爆炸两个角度出发,综述了国内外对水下爆炸对舰船结构毁伤效应的研究现状,分析和总结了水下爆炸对船舶结构毁伤效应的研究方法,指出了目前的研究热点以及未来的发展趋势.     

水下爆炸气泡射流对壳板毁伤的计算方法

导出气泡射流速度及其与壁面作用周期的计算公式,并对舰船典型舱段进行了水下爆炸试验,探究典型工况下气泡射流对船体板架的毁伤效应与适用于工程计算的方法。结果表明,水下爆炸产生的气泡射流在船体局部产生的毁伤比冲击波更强,并且射流驻压是导致结构破坏的主要原因。导出的射流作用周期以及将射流载荷按正弦波形式处理的方法,具有一定的工程计算精度。数值计算与试验结果对比,估得典型工况下射流峰压值的量级,它与经验公式计算值相吻合。该方法可为相关的水下爆炸试验提供参考。     

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。     

爆炸气泡与舰船相互作用的相似性方法研究

在相似方法的基础上,基于修正的Rayleigh模型,描述水下电火花放电气泡(小尺度气泡)与真实的水下爆炸气泡(大尺度气泡)之间的相似关系。总结不同工况下不同尺度气泡运动及其载荷的相似规律,包括气泡半径的变化、迁移量以及射流速度等特征量。在此基础上,将水中气泡与复杂的舰船边界耦合,研究舰船附近气泡的动态特征。研究表明,基于相似性理论可有效地用电火花气泡模拟水下爆炸气泡,可将机理性试验的结果拓展到应用研究中。     

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。