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。     

舰船在水下爆炸载荷作用下的总强度研究

通过数值方法模拟舰船受水下爆炸冲击波载荷及气泡脉动载荷作用下的整体响应。计算过程中,考虑波浪载荷的作用,给出水下爆炸载荷与波浪载荷联合作用下船体响应计算方法,并与传统舰船船体强度分析方法相结合,分别研究水下爆炸冲击波载荷、气泡脉动载荷以及波浪载荷的相互作用下,船体强度计算方法。研究结果表明,在水下爆炸冲击波阶段可以忽略波浪载荷的影响,而在气泡脉动阶段,必须考虑波浪载荷与气泡载荷的联合作用。本研究旨在为水下爆炸载荷作用下的舰船总强度研究提供参考。     

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.     

水下爆炸载荷特性数值计算方法

为了更好地研究水下爆炸冲击载荷,通过数值模拟的方式模拟水下爆炸过程中产生的爆炸冲击波和气泡脉动2种原生载荷。运用有限元软件AUTODYN建立一维炸药-水域模型模拟炸药爆炸产生的爆炸载荷,通过对比经验公式对有限元模型可靠性进行验证,计算结果与经验公式误差不超过15%。同时研究了爆距、炸药当量和水深等变量对水下爆炸冲击波以及气泡脉动的影响。     

水下爆炸载荷作用下舰船总体毁伤模式研究

建立舰船三维有限元模型,采用数值仿真方法计算舰船总体在水下爆炸载荷作用下的动响应,讨论船体主要构件破坏模式以及舰船鞭状运动对船体总纵强度的影响,总结舰船总体在冲击波阶段与气泡脉动阶段舰船毁伤模式及规律。     

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。     

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。     

水下爆炸作用下船舱浮筏系统的冲击响应试验研究

设计了船舱浮筏系统的水下爆炸试验装置,测试了浅水域中爆炸的水下爆炸载荷,分析了存在结构反射时的冲击波和气泡脉动压力的幅值、比冲量和能量密度,指出以低频成分为主的气泡脉动压力,对舰船设备隔离系统的冲击响应产生重要的作用.并对水下爆炸载荷作用下船舱浮筏系统的冲击响应进行分析,其结果对于研究舰船设备的抗冲击性能具有参考价值.     

浅层水中爆炸载荷作用下舰船动态响应及设备冲击环境研究

以MSC/Dytran为平台,对浅层水中爆炸载荷作用下舰船结构的动态响应及设备冲击环境进行了研究。在对4种不同水底介质的浅层水中爆炸冲击波研究的基础上,模拟了偏恶劣的绝对刚性水底条件下浅层水中爆炸时某舰的动态响应,再以舰船主机为对象、以结构加速度响应为输入对舰船设备冲击环境作进一步分析,并以无限水深情况下的舰船响应和设备冲击环境为参照,对水底反射波的影响规律做了一些初步的探讨。     

水下爆炸载荷作用下舰船重要设备冲击加速度预报

预报舰船设备在水下爆炸载荷作用下的冲击环境,为选择设备提供依据,利用商用有限元软件MSC.Dytran边界加载的方法对整船响应情况进行仿真。在设备和船体基座之间安装隔振设备,大大提高了设备的抗冲击能力。计算结果对舰船抗爆抗冲击设计具有一定的参考价值。     

舰船水下爆炸鞭状运动中的阻尼效应

舰船在水下爆炸气泡脉动压力作用下将产生鞭状运动冲击响应。为了掌握冲击响应的衰减规律,建立了舰船结构、设备、水舱内流体和外部流体等在振动和晃荡过程中的阻尼效应动力学模型,并编写程序对是否考虑上述阻尼效应的舰船鞭状运动响应进行了数值计算。研究结果表明,对于具有相对较大质量的内部设备和水舱的舰船来说,上述阻尼效应对舰船水下爆炸鞭状运动的衰减起到重要的作用,如不予以考虑有可能造成对舰船鞭状运动响应幅值的高估。     

某型舰船水下爆炸冲击波载荷作用下结构动态响应数值仿真研究

为了保证舰船安全性,提高舰船生命力,舰船在水下爆炸冲击波载荷作用下动态响应是船舶结构动力学研究的重要课题之一.文中采用数值仿真技术研究了某型水面舰船在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应.分别从结构变形损伤、变形能吸收和冲击环境等几个方面研究了舰船结构在水下爆炸冲击波载荷作用下的响应特性.     

舱室内爆载荷作用下夹层板优化设计研究

舱室内战斗部爆炸产生的冲击波是舱室结构板架承受的主要载荷之一,舱室内爆冲击波在舱室内部将发生多次反射,并在舱室内部形成持续时间较长的准静态压力,在此过程中舱室板架承受多次冲击波反射载荷。本文以舱室典型加筋板为对象进行夹层板概念设计,选取面板厚度、背板厚度、夹芯壁厚及夹芯间距4个参数作为试验参数,以抗爆综合评价指标最小为目标,采用正交试验优化设计方法得到该加筋板结构在舱室内爆冲击波载荷作用下最优抗爆性能的夹层板结构,并对比最优夹层板与普通加筋板在舱室内爆载荷作用下的响应特征。研究表明,经过优化设计后的夹层板具有更好抵抗冲击波载荷的能力,正交试验设计能较好适用于夹层板结构优化设计。     

冲击波和气泡脉动联合作用下加筋板的毁伤仿真研究

运用有限元程序MSC．Dytran对无限水域近场非接触爆炸冲击波和气泡脉动载荷下加筋板的毁伤进行研究，分析两种冲击载荷的不同作用方式、作用位置和毁伤效果。在此基础上分析加筋板结构和气泡脉动的相互影响，距离参数的改变对气泡中心移动方向、射流方向和射流强度的影响。并对Blake准则在弹性结构边界下的使用范围进行探讨。     

某型舰船水下爆炸冲击波载荷作用下结构动态响应数值仿真研究

为保证舰船安全性,提高舰船生命力,舰船在水下爆炸冲击波载荷作用下动态响应,是船舶结构动力学研究的重要课题之一。采用MSC.DYTRAN有限元程序,运用数值仿真技术研究了某型水面舰船在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应。分别从结构变形损伤、应力应变响应、变形能吸收和冲击环境等几个方面研究了舰船结构在水下爆炸冲击波载荷作用下的响应特性。     

近自由面水下爆炸冲击波切断效应研究

近自由面水下爆炸形成的冲击波到达自由面时会反射稀疏波,并伴随着水面的上升、破碎和飞溅等复杂物理现象。文章基于无网格SPH方法建立了近自由面水下爆炸数值模型,开发了计算程序,模拟了冲击波和自由面反射的稀疏波的相互作用过程,分析了切断现象的特性、产生机理以及对冲击波参数的影响。研究发现,爆心正上方且距自由面较近处,稀疏波作用最强;近自由面爆炸冲击波冲量可衰减为无限水域爆炸的1/3左右。文中的研究旨在探索冲击波在自由面处的传播规律,并为近自由面水下爆炸载荷的确定提供参考。     

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.