铝合金舰艇在水下冲击波作用下动态响应的数值研究

使用ABAQUS中内嵌的声 - 固耦合法计算了圆板模型遭受水下冲击波载荷作用的响应,并将计算结果与实验值进行比较,数值结果与实验值吻合良好,验证了声 - 固耦合法模拟水下爆炸的准确性;对铝合金圆板和钢板进行了比较,考虑了结构质量,材料应变率和屈服极限,药量和爆距的影响;建立了1艘小型铝合金艇的有限元模型,使用同样的方法分析了铝合金艇遭受水下冲击波载荷的动力响应特性.得出了铝合金艇典型位置的加速度、速度和位移等响应量的时间历程曲线.此外,还得出了塑性变形区域和塑性变形曲线.这些计算结果对铝合金舰艇的抗冲击特性具有一定参考价值.     

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。     

舰船水下非接触爆炸响应的数值模拟

通过数值模拟研究舰船结构水下非接触爆炸载荷下的响应，以有限元方法建立有限水域中的整船结构的有限元模型，并应用声固耦合算法模拟整船的水下爆炸响应，得到结构的冲击加速度响应和冲击响应谱、瞬态应力／应变分布以及结构易于损坏的部位。     

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。     

舰船低频水下辐射噪声数值计算方法对比研究

针对舰船在低频域内考虑流固或声固耦合作用的振动与声辐射计算问题,探讨了流固耦合与声固耦合动力学方程的等效性条件及两者差异,同时指出流固耦合方程与声固耦合方程在水下辐射噪声计算中不可联立求解或关联求解,进而结合国内研究现况归纳出舰船水下辐射噪声四种数值计算方法。以某小水线面双体船(SWATH)为例,采用声功率作为评价标准,比较各类方法在建模难度、求解规模、计算精度和效率等方面的优劣。研究表明,四种数值算法的计算结果均能满足工程需要,但采用声固耦合分析模式计算低频域水下辐射噪声较流固耦合分析模式在计算精度上有一定程度的提高。推荐声固耦合分析模式的耦合间接边界元(IBEM)方法为舰船水下声辐射数值预报首选方法,可为国内舰船水下辐射噪声计算提供参考与建议。     

基于ABAQUS声固耦合法的水下结构声辐射研究

文章旨在探讨ABAQUS声崮耦合算法在模拟水下结构声辐射问题的可行性.基于ABAQUS声固耦合算法对双层圆柱壳的水下噪声辐射特性进行了计算和分析,并把部分计算数据和实验数据进行对比分析.结果表明:ABAQUS在水下结构声辐射特性数值分析问题上可以取得较好的效果,计算值与实验数据基本吻合,满足工程要求,为水下结构声辐射性能研究提供了一种新的分析方法.     

舰艇声呐围井结构变形校核及优化

声呐围井是声呐的工作环境，舰艇在遭受水下非接触爆炸载荷作用时，围井结构可能产生过大的变形从而影响声呐的正常工作。采用数值软件建立水面舰艇的三维有限元模型，并用整体模态对比法和局部模态对比法两种方法验证了计算模型的正确性。在此基础上，应用声固耦合法对该艇在遭受特定水下爆炸工况时的声呐围井结构的角点和围井壁进行了变形校核。文中对声呐围井结构的变形过大处采用多种优化方法，综合考虑多方面因素的影响，对比各种优化方法得出最佳的优化方案，旨在为舰艇的声呐围井结构的设计提供参考。     

改进V型夹层板近场水下爆炸抗冲击性能研究

对水下爆炸结构的响应进行分析,设计相应的结构来降低载荷效应是提高舰船抗冲击性能的重要研究内容。基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法,考虑流-固耦合等因素的影响,建立完整的水下爆炸数值模型,运用显式动态分析对普通加筋板、常规V型夹层板、改进的V型夹层板进行近场水下爆炸作用下的动响应分析,从结构与流体的相互作用、结构产生的变形、吸能特性等角度综合分析。结果表明,改进后的V型夹层板抗冲击防护性能明显提高,可为舰船抗冲击结构设计提供一定的参考。     

改进V型夹层板近场水下爆炸抗冲击性能研究

对水下爆炸结构的响应进行分析,设计相应的结构来降低载荷效应是提高舰船抗冲击性能的重要研究内容。基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法,考虑流-固耦合等因素的影响,建立完整的水下爆炸数值模型,运用显式动态分析对普通加筋板、常规V型夹层板、改进的V型夹层板进行近场水下爆炸作用下的动响应分析,从结构与流体的相互作用、结构产生的变形、吸能特性等角度综合分析。结果表明,改进后的V型夹层板抗冲击防护性能明显提高,可为舰船抗冲击结构设计提供一定的参考。     

水下爆炸脉动载荷对连续玄武岩纤维复合材料船体结构的影响

运用有限元程序MSC.Dytran模拟水下爆炸气泡脉动现象的整个过程,计算输出气泡中心位置压力时历曲线与爆炸理论吻合;采用层合板模型模拟连续玄武岩纤维复合材料,选取一般耦合算法计算流体与结构的耦合效应,计算连续玄武岩纤维复合材料舱段在脉动载荷作用下的动力响应;分析连续玄武岩纤维复合材料船体结构位移时历曲线、应力时历曲线及船底板应力云图.研究结果表明,在近场爆炸情况下,第一次脉动产生的应力波有可能比爆炸冲击波对船体造成更大的破坏;爆炸产生的脉动载荷频率接近整船或局部构件固有频率时,引发共振,对船体造成爆炸冲击破坏外的附加损害.     

水下爆炸空化效应作用下全船响应的并行计算(英文)

As well as shock wave and bubble pulse loading, cavitation also has very significant influences on the dynamic response of surface ships and other near-surface marine structures to underwater explosive loadings. In this paper, the acoustic-structure coupling method embedded in ABAQUS is adopted to do numerical analysis of underwater explosion considering cavitation. Both the shape of bulk cavitation region and local cavitation region are obtained, and they are in good agreement with analytical results. The duration of reloading is several times longer than that of a shock wave. In the end, both the single computation and parallel computation of the cavitation effect on the dynamic responses of a full-scale ship are presented, which proved that reloading caused by cavitation is non-ignorable. All these results are helpful in understanding underwater explosion cavitation effects.     

基于γ界面捕捉模型的近场水下爆炸数值模拟

随着对水下爆炸现象研究的逐步深入,近场水下爆炸的数值模拟研究越来越受到重视。近场水下爆炸数值模拟当中的主要难点在于多相流运动以及界面捕捉方法的研究。文章提出一种较为稳定的近场水下爆炸数值模拟方法,其包含了五阶WENO重构以及HLLC近似黎曼求解器的格式,对于多相流界面的捕捉方法基于γ模型。文中的求解格式通过了一维激波管问题以及二维轴对称问题的验证,计算结果与理论解和实验结果吻合较好。在此基础上将该方法推广到近场水下爆炸过程中冲击波传播以及近水面爆炸现象的模拟,模拟结果较为满意。该文的研究方法能够为后续的近场水下爆炸过程中的空泡以及水射流的研究提供指导。     

相似理论在水下爆炸冲击波载荷中的应用

以相似理论为基础,采用数值仿真试验的方法,探讨舰船结构遭受水下爆炸冲击波载荷作用时的动响应相似性问题。以某型舰原型作为基准模型,根据实际工程需要对舰船进行缩比仿真试验。原型有限元模型与缩比试验有限元模型数值结果表明:通过试验模型可以准确预测原型结构遭受水下爆炸冲击波时的动响应特性,将几何相似律应用到水下爆炸冲击波载荷相似性研究中是可行的。     

气泡运动与舰船设备冲击振动关系的试验验证

由于水下爆炸和舰船动态响应的复杂性,对舰船水下爆炸动响应的认识的深刻程度主要来自试验现象和试验数据的分析.由于水下爆炸冲击波和二次压力波早已在水下爆炸试验测量中被发现,因此,在舰船和设备水下爆炸动响应的理论分析和计算过程中只将药包水下爆炸的冲击波作为主要外力,有时也考虑二次压力波的作用.也有人在研究中发现,气泡的运动有时对于舰船设备的运动是重要的.作者于1995年在浮动冲击平台水下爆炸试验中发现"水下爆炸气泡膨胀产生的滞后流是使安装频率为数十赫兹的舰船设备产生冲击振动的主要能源".近年来,发表的水下爆炸气泡运动的研究文献增多,但是,基本没有涉及气泡运动与舰船设备冲击振动的关系.在2003年的圆筒模型水下爆炸试验研究中,作者从另一种角度,用更加简明有力的证据,验证了上述结论.显然,这一发现不仅对于建立正确的理论计算力学模型有重要作用,甚至对于舰船防护的研究乃至水中兵器的研究都有着重要意义.     

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。     

A numerical study of whole ship structural damage resulting from close-in underwater explosion shock

There are quite a few researches on far-field underwater explosion and contact underwater explosion. However, few studied the close-in non-contact underwater explosion. In this paper the numerical simulations on the deformation and rupture of a rectangular plate and a stiffened plate are conducted, respectively. The simulation results are close to the failure modes shown in the tests. The limit of acoustic–structure coupling method is also pointed out. Then a full-scale surface ship subjected to underwater shock is presented using the same method. The damage evolution process is studied and three damage modes of the whole ship are specified according to the standoff distance. All of these results can be reference to the research of close-in non-contact underwater explosion.     

近水面水下爆炸作用下舰船损伤数值模拟

探讨使用MSC/DYTRAN模拟水下爆炸冲击波,与经验公式进行比较,认为使用该方法模拟近水面水下爆炸冲击波是合理的,使用该方法模拟舰船舭部舱段近水面水下爆炸,拟合了变形和装药沉没深度曲线,变形和爆距曲线,与试验结果基本吻合.     

Effects of the standoff distance on hull structure damage subjected to near-field underwater explosion

The near-field underwater explosion poses a great threaten to marine ships by introducing both local and overall damage on their hull structures. In this paper, a series of near-field underwater explosion experiments were carried out on the mimic steel hull structures to investigate the effects of the standoff distance on their dynamic behavior. Special attention was paid on their deformation process and failure modes. After that, a fluid-solid coupling algorithm was implemented in establishing a finite element (FE) model to simulate dynamic response of the hull structures under a near-field underwater explosion. The numerical results showed a good agreement with the experimental data. A standoff distance threshold was found to result in the maximum structural deformation. The deformation magnitude was monotonically decreased by either increasing or decreasing the standoff distance from the threshold value.     

水下爆炸压力时频分布的小波包分析

为了对舰船结构和设备的冲击环境进行研究,提出了基于小波包分析的水下爆炸压力时频分析方法.研究了短时非平稳水下爆炸压力实验测试信号的时频分布和能量分布规律,从水下爆炸压力时域信号中提取出冲击波,首次和二次气泡脉动压力信号,分析了它们在不同频带的能量分布规律.结果表明,基于小波包的时频分析方法可以提取水下爆炸压力不同时段的信号进行能量和频率分析,水下爆炸压力中以低频成分为主的气泡脉动压力产生的能量接近总能量的一半,是使安装频率为数十赫兹的舰船设备产生冲击振动的主要能源.     

船舶在远场水下爆炸载荷作用下动态响应的数值计算方法

提出了一个利用MSC／DYTRAN数值模拟水面船舶在远距离水下爆炸载荷作用下动力响应的方法。用FORTRAN语言编译用户子程序，在近场水域边界处加上冲击波载荷以模拟远场爆炸效应，进而利用DYTRAN中强大的流固耦合计算功能，计算船体在水下冲击波作用下的动态响应。同时研究了边界定义和单元划分对冲击波传播的影响。该方法弥补了DYTRAN计算远场水下爆炸的某些不足，计算所得到的船体附近的自由场压力与经验公式的结果基本一致，船体的冲击响应与相关实验结果比较表明本文计算结果可信。