宽浅吃水船型冲击环境特性分析

冲击环境预报是对舰载设备进行抗冲击能力评估的重要手段。采用多域耦合数值仿真模拟宽浅吃水船型遭受水下爆炸,计算了全船各典型位置处的冲击响应并转化成冲击环境,从船长、船宽与型深3个主尺度方向进行全船冲击环境特性分析,得到了全船冲击环境的分布与衰减规律。研究结果可为宽浅吃水船型舰载设备抗冲击设计提供载荷输入,同时可为宽浅吃水船型抗冲击设计提供参考。     

弹性隔离安装设备抗冲击设计指标影响因素分析

[目的]舰船弹性隔离系统设备系统的抗冲击标准均是针对隔离系统整体,没有给出设备本体抗冲击设计指标分解方法,限制了装备系统抗冲击论证和研制。[方法]为解决该矛盾,采用有限元分析方法,对弹性安装设备系统冲击环境的主要影响因素进行计算和分析,包括设备重量、重心位置、面积尺寸等,构建集中质量系统来模拟隔离安装的设备本体冲击环境计算模型,并对某双层隔离设备抗冲击指标进行分析计算,给出设备本体的冲击环境。[结果]结果显示,设备重量的影响最显著,并且在基础阻抗更小的甲板区域上,重量的影响效果更明显;重心位置和基座面积尺寸对冲击环境的影响可忽略。[结论]利用提出的分析模型,可实现对标准输入冲击谱的分解,得到弹性隔离安装设备抗冲击设计指标,从而指导后续设备本体抗冲击设计。     

舰船基座抗冲击计算研究

参照德国军标BV043/85[1]及文献[2]的设备冲击谱公式,研究了舰船基座在水下非接触爆炸条件下的冲击载荷,并对某柴油机基座进行了抗冲击计算。文章分别计算了基座在静载荷和冲击载荷作用下的应力及变形,其中冲击计算采用了静G法和时间历程法两种方法。计算结果表明,水下非接触爆炸造成的冲击载荷对舰船基座应力、变形产生重大影响,在基座设计中不容忽视。     

钛合金导流罩结构抗冲击计算

导流罩结构作为舰艇结构重要的首部结构形式,其在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能不容忽视。为研究导流罩结构的抗冲击性能,以某船钛合金导流罩结构为研究对象,应用大型有限元计算软件ABAQUS,建立有限元模型,采用声固耦合法进行水下爆炸数值仿真计算。通过模拟导流罩结构在船上的安装边界条件,设定水下非接触爆炸冲击工况,计算得到了导流罩结构在爆炸冲击载荷作用下的等效塑性应变、位移、加速度等动态响应,并给出了基阵安装位置的频率特性和冲击环境。研究表明,导流罩底部外板为导流罩结构的危险区域,导流罩基阵安装位置处的响应以中低频段为主。     

舰船设备冲击响应计算方法等效性研究

DDAM法和时域模拟法是舰船设备抗冲击性能设计与评估的主要计算方法,两种方法冲击输入载荷条件的等效性和预报结果的等效性直接影响其适用范围.对舰用设备在水下爆炸作用下的冲击环境描述的系统分析,提出了频域计算方法和时域计算方法所要求冲击输入载荷的等效条件.利用算例比较了等效冲击输入下舰用设备冲击响应计算结果的差异,通过定量分析明确了不同计算方法在舰船设备抗冲击性能分析中的适用阶段和范围,为舰船设备抗冲击设计和评估提供参考.     

一种优化大型浮动冲击平台输入环境的斜挡板结构设计

[目的]为了考核在接近实战条件下舰载设备的抗冲击能力,[方法]设计并建造大型浮动冲击平台(LFSP),增加冲击载荷的斜挡板结构,在4种具有不同配重、爆源距离及爆源布深的标准考核工况下,对非标试验系统LFSP提供的冲击环境开展仿真和水下爆炸标定试验。针对试验测量信号的低频成分进行分析及处理,并与仿真结果进行相似性分析。[结果]获得了LFSP在标准工况下所能提供的考核能力,证明斜挡板结构的建立满足规范冲击环境的横垂比要求。[结论]所得结果拓宽了后续的LFSP标定试验范围,有利于对更多的舰载设备进行抗冲击性能试验考核。     

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。     

舰艇气瓶基座结构抗冲击性能评估方法

[目的]基座结构作为连接潜艇设备与舰体结构的重要构件,其抗冲击性能对于舰艇生命力具有重要影响。使用等效静力载荷进行基座—设备抗冲击考核流程简便、计算效率较高,但其仅在低阶响应为主要破坏模式时精度较高。[方法]为此,以空气瓶—基座结构为分析对象,研究基座结构低阶模态质量占比不同时,等效静载荷考核与DDAM设计谱考核方式之间结构应力的相对误差,对比2种考核方式的应力分布关系,明确静G法抗冲击考核计算的具体适用范围。以潜艇结构实际冲击环境为输入载荷,对比分析动力学设计分析方法(DDAM)设计谱抗冲击考核计算结果与时间历程法考核结果的相对误差。[结果]结果显示,当舰艇设备结构的单阶模态质量占比较大时,使用静G法相较于DDAM谱分析方法具有较高的精度。对于安装于潜艇甲板部位的设备,GJB 1060抗冲击标准中规定的冲击载荷可基本等效为冲击因子0.7工况下且爆源均与基座结构在潜艇同一横截面上时的结构冲击环境。[结论]研究结果可为舰载设备抗冲击考核方法的选择提供一定的参考价值。     

水下非接触爆炸舰员抗冲击防护地板设计与试验

[目的]为有效保护水面舰船舰员免受水下非接触爆炸所引起的冲击损伤,[方法]在分析水面舰船人员冲击环境和安全限值的基础上,提出舰员抗冲击防护地板设计方法,设计一种具有非线性变刚度力学特性的新型抗冲击弹性地板。在模拟舰船典型中、重度冲击环境的冲击台试验中,对抗冲击弹性地板的防护效果进行验证和评估。[结果]结果表明,抗冲击弹性地板可以衰减88%以上的冲击载荷,能有效降低对舰员的冲击损伤程度。[结论]所做研究可为舰船冲击环境恶劣的部位提供有效的舰员抗冲击防护。     

水下爆炸荷载作用下水面舰船设备冲击环境预报方法研究

利用MSC.DYTRAN有限元软件,采用冲击谱的描述方法,以舰艇结构加速度响应作为输入,对大型舰船设备在水下爆炸荷载作用下的冲击环境进行数值仿真。在分析该类型舰船设备冲击环境特点的基础上,通过对不同爆炸冲击因子作用下数值仿真结果的对比分析,归纳出爆炸冲击因子与设备冲击环境关系,并给出水面舰船设备冲击环境的预报公式。该预报公式计算结果与采用有限元方法得到的数值计算结果吻合良好。     

潜艇设备冲击响应谱谱跌特性数值分析

[目的]设计冲击谱是舰载设备响应谱抗冲击分析的关键输入条件。为了研究大质量舰载设备安装后的谱跌特性,[方法]以潜艇为例,通过对舱段结构的有限元数值模拟,研究舰载设备在不同连接方式下冲击谱随质量及刚度变化的规律,并与目前广泛采用的国军标GJB 1060.1-91给出的冲击设计谱进行对比。[结果]结果表明:对于单自由度系统,在低频段(位移段)和高频段(加速度段),国军标给出的冲击谱更保守;在中频段(速度段),研究得到的响应谱大于国军标给出的响应谱。对于多自由度系统,依据国军标给出的方法忽略模态间的相互作用将导致计算偏于保守。此外,设备与舱段的连接方式对设备响应谱存在明显影响。[结论]研究得到的各种因素对谱跌特性的影响规律,对潜艇大型设备的抗冲击设计具有借鉴意义。     

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。     

水下爆炸环境中舰船浮筏装置冲击响应研究

针对舰船所面临的水下爆炸冲击环境,研究了船用柴油发电机组的隔振浮筏系统对于水下爆炸冲击的响应特性.通过建立带有设备以及隔振系统的舰船结构连同周围水介质的有限元分析模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了水下爆炸冲击波在水中的传播及其对船体的流固耦合作用,研究了柴油发电机组、浮筏筏体以及设备基座在爆炸冲击下的动态响应.文中着重分析了不同爆炸冲击因子对船体与浮筏结构的冲击响应的影响,探讨了提高舰船设备抗冲击性能的途径.     

多次水下爆炸下背空加筋板损伤累积特性研究

为了评估舰船结构在水下多次爆炸冲击下抗爆抗冲击性能,采用Abaqus非线性有限元软件建立了固支背空钢板结构水下爆炸冲击数值模型,数值计算结果与文献实验结果吻合较好,验证了水下爆炸声-固耦合方法的可靠性。在此基础上,提出了多次水下爆炸冲击声-固耦合数值模拟方法,研究了多次水下爆炸冲击下典型背空加筋板损伤累积特性与损伤模式演化规律,分析了冲击因子对结构损伤特性的影响。结果表明,多次水下爆炸冲击作用下背空加筋板动态变形与损伤逐渐累积,可能发生塑性大变形、边界拉伸撕裂以及整体失效破坏等损伤模式演化。当冲击因子小于某一阈值时,背空加筋板多次水下爆炸冲击下塑性变形趋于稳定,出现伪安定现象。研究结果可为舰船结构抗爆抗冲击设计提供参考。     

200t级浮动冲击平台水下爆炸试验低频冲击响应数据分析

[目的]为了提高舰载设备抗冲击考核试验的标准性,[方法]分析200 t级浮动冲击平台舷侧16 m工况的水下爆炸试验低频振子冲击响应数据,给出浮动冲击平台低频冲击响应特性。[结果]结果表明,浮台横向和垂向的低频响应差异不明显,说明浮动冲击平台导流装置效果显著,至少在低频段可有效调节浮台垂向与横向的冲击强度比例;浮动冲击平台低频冲击谱的低频段和高频段存在拐点,低频拐点出现在约4 Hz处,高频拐点出现在约15 Hz处。[结论]浮动冲击平台不同部位的低频冲击响应相差不大,说明低频响应以浮台整体的刚体运动为主。     

水下非接触爆炸时舰船长轴系的冲击响应

利用有限元建模和数值仿真的方法,对某一型船的长轴系进行抗冲击动态分析,得出该轴系在水下非接触爆炸时的位移和力响应,分析了不同冲击输入条件下轴承刚度对抗冲击能力的影响,对轴系抗冲击设计技术有实际指导意义。     

水下爆炸作用下船舶结构与燃气轮机动态响应的数值研究

本文对水下爆炸作用下舰船结构及燃气轮机结构冲击响应进行了数值研究.首先,基于CEL方法建立了近自由面水下爆炸流固耦合动力学模型.然后结合燃气轮机-船体一体化仿真分析方法,对不同水下爆炸工况下的舰船结构冲击环境,以及燃气轮机冲击损伤特性进行了评估分析,总结了工况参数对燃气轮机冲击响应特征的影响规律,旨在为舰用燃气轮机抗冲击设计提供技术参考.     

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。     

水下爆炸气泡对舰船冲击环境的影响

[目的]为了优化舰船冲击环境预报载荷体系及研究气泡脉动压力对舰船冲击环境的影响,[方法]基于ABAQUS有限元分析软件,采用声固耦合方法模拟某舰水下非接触爆炸特性,通过与现有文献实验数据的对比验证该方法的有效性。在此基础上,针对水下爆炸气泡脉动压力进行冲击环境特性的研究。[结果]结果表明:气泡脉动压力对舰船低频响应有放大作用,垂向冲击谱值的影响要大于其他2个方向;上层甲板受气泡脉动的影响仍然较大,验证了甲板低频响应的衰减规律;对水下爆炸实验和冲击环境进行预报时,计算时间选取为1.5倍气泡一次脉动周期才可得到较准确的冲击环境数据,以此来验证海军标的准确性。[结论]研究结果有利于优化舰船冲击环境预报流程中各参数的选取,并可用于指导舰船冲击环境的预报。     

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.