飞片撞击冲击波载荷在液舱中的弥散效应

[目的]大型水面舰船舷侧受反舰武器攻击威胁较大,通常设置多舱防护结构以保证内部重要舱室的安全。为研究多舱防护结构中飞片撞击冲击波载荷在液舱中的弥散效应,[方法]首先开展爆轰驱动飞片作用小型液舱的机理性试验,获得液舱中典型位置的自由场压力等试验数据;然后基于试验结果验证本文采用的数值仿真方法;最后,计算实尺度舷侧防护结构中液舱对飞片撞击产生的压力波载荷的弥散作用。[结果]结果显示,在液舱中,压力波的压力峰值和冲量随空间位置变化满足指数衰减规律。[结论]研究成果对舷侧防护结构的优化设计有一定的参考价值。     

含新型连接型式的潜艇内部平面舱壁结构设计及模型试验验证

[目的]在潜艇内部平面舱壁设计中,目前是采取分别对舱壁板和构架进行计算的方式,缺乏评估舱壁整体结构极限承载能力的方法,且加强结构端部附近的耐压船体还有局部高应力。为此,[方法]提出一种应用于舱壁加强构架端部的新型连接结构型式,并通过模型试验验证舱壁两侧承载能力是否相同。[结果]有限元分析和试验结果表明,新型连接结构型式能有效降低局部高应力状态,无筋面破舱工况舱壁的极限承载能力比有筋面破舱工况舱壁的大。[结论]所提新型连接结构型式可应用于潜艇内部平面舱壁设计。     

耐压液舱极限承载能力的影响因素分析与匹配设计北大核心CSCD

[目的]旨在讨论相同的强度储备裕度条件下耐压船体与耐压液舱极限承载能力之间的关系,以获得二者极限承载能力相当的匹配设计。[方法]首先,以典型的外置式耐压液舱为研究对象,在评估耐压液舱初始结构方案稳定性与极限承载能力的基础上,分析液舱壳板厚度、液舱实肋板厚度以及液舱横舱壁结构对耐压液舱极限承载能力的影响;随后,适当调整初始方案,获得耐压船体与耐压液舱强度储备裕度相当的设计方案,并在此基础上讨论耐压船体与耐压液舱极限承载能力之间的关系,进一步加强耐压船体,获得匹配耐压液舱与耐压船体承载能力的方案以及对应的强度裕度。[结果]结果显示,减薄液舱壳板30%、液舱实肋板33.3%及液舱横舱壁30%,其极限承载能力将分别降低16.5%,36.4%和0.17%。[结论]研究表明在相当强度储备裕度条件下,耐压船体的承载能力远低于耐压液舱的承载能力;在耐压液舱壳板的强度储备裕度约为25%、耐压船体壳板的强度储备裕度约为40%时,耐压船体与耐压液舱的极限承载压力大致相同。     

潜艇双层舷侧结构水下接触爆炸特性数值分析

为研究潜艇双层舷侧在水下接触爆炸作用下的破坏特性和抗爆性能,对潜艇舱段进行等比例实体建模,利用非线性有限元软件LS-DYNA作为工具进行仿真。归纳总结了舷侧主要结构的破坏模式及响应特点,并从吸能的角度探讨了各结构对抗爆性能的贡献度,结果可为结构的强度优化设计提供参考。     

潜艇液舱晃荡对其稳性影响的数值仿真与评估

结合潜艇耐波性和稳性的问题,分析液舱内的自由液面晃荡现象,建立潜艇液舱液体晃荡的数值仿真模型,利用计算流体力学软件Flow 3D,对潜艇横摇过程中液舱的液面晃荡进行模拟,根据数值计算结果,分析液舱晃荡对潜艇稳性的影响。     

潜艇目标强度特性

大西洋防御研究机构（DREA）开发的基于边界元的声波辐射预测软件——AVAST已具有预测目标声波强度的能力，可预测包括水雷和潜艇在内的具有完整三维尺寸和刚性（或弹性）结构的水下物体目标强度。从多方面研究了一艘潜艇模型在相应低频范围内（50～1kHz）的刚性目标强度。模型包括潜艇的围壳和减摇鳍并通过改变模型结构的设置分析围壳和减摇鳍对目标强度的影响。分析和计算都是在自由空间进行的。同时还研究了数字化目标深度和水深对平坦表面和刚性底部目标强度的影响。     

基于耦合边界元法的水下目标低频声散射特性

基于耦合声学边界元理论对水下目标低频声散射特性进行仿真研究。为了验证此数值方法准确性,对水中弹性球壳在平面波入射下的反向散射特性进行数值计算。结果表明,散射声场的数值计算结果和解析解较好吻合。在此基础上,本文探究刚性BeTSSi-Sub[1]和弹性BeTSSi-Sub的全向散射特性,对比发现,刚性BeTSSi-Sub的目标强度大于弹性BeTSSi-Sub的目标强度。通过对形状不同弹性的BeTSSi-Sub的目标强度对比发现,在低频段潜艇上舵对潜艇目标强度的影响比上层建筑的影响大。     

聚能射流对舰船舷侧结构的破坏毁伤研究

本文基于AUTODYN软件的耦合欧拉-拉格朗日算法,模拟聚能装药起爆后形成聚能射流及侵彻舰船舷侧防护结构的过程。首先将聚能射流侵彻靶板的数值模拟结果和试验结果进行比较,以验证数值方法的有效性。在此基础上对聚能射流的形成及其对舷侧结构的毁伤过程进行模拟,并探讨液舱外板厚度及宽度对舷侧结构防护性能的影响。研究表明:聚能射流对舷侧防护结构的毁伤主要表现为舷侧外板的大面积塑性凹陷和内部舱壁的小尺寸破口,且增大液舱宽度会使聚能射流速度得到衰减。研究结果可为聚能射流载荷下舰船舷侧结构的防护设计提供参考。     

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。     

有限元方法分析BeTSSi-Ⅱ标准潜艇模型低频目标强度

BeTSSi-Ⅱ标准潜艇模型具有较为完整的内部结构和接近真实潜艇的线型,因此其目标强度特性更接近真实潜艇。采用声-壳耦合有限元方法分析了收发合置BeTSSi-Ⅱ标准潜艇模型的低频目标强度,结果表明当频率大于100 Hz时,正横方向附近入射的目标强度大于其他方向入射的目标强度。进一步分析内部结构的影响,结果表明内部结构对正横方向附近入射的目标强度影响较小,而对首尾方向附近入射的目标强度影响较大。此外分析了BeTSSi-Ⅱ简化潜艇模型的目标强度,结果表明模型简化同样对正横方向入射的目标强度影响较小,而对首尾方向附近入射的目标强度影响较大。最后对比分析了BeTSSi-Ⅱ和BeTSSi-Ⅰ两种潜艇模型,结果表明两者的差异主要为内部结构的差异,如果忽略内部结构,两者的差别不大。     

LNG船舷侧碰撞损伤场景下的极限强度研究

利用有限元数值仿真技术和ABAQUS软件,建立LNG船液舱围护系统以及舱段的有限元模型,模拟LNG船舷侧受撞击场景。在碰撞损伤基础上,对含有液舱围护系统的LNG船舱段开展极限强度研究,获取LNG船舱段结构的极限承载能力。研究发现,在船体达到极限强度状态之前,液舱围护系统不会失效。     

载运危险货品船舶管弄的通风设计

正散货船/集装箱船的管弄设置在双层底内,位于中心线处,与货舱相邻,内部布置有舱底水及压载水系统、液位遥测系统、阀门遥控系统及各类管弄照明等电气设备。货舱底部设有污水井,用于收集货舱内的污水,由设置在管弄里的舱底水管将货舱污水井内的污水集中排放至舷外或污水沉淀舱。     

耐压液舱单层壳跨数对双层壳区域的应力影响研究

本文介绍了耐压液舱的基本结构,确定了相应的计算模型及受载情况,计算出单层壳为1跨、3跨、4跨、6跨、8跨和10跨时耐压液舱有关部位的应力,并且文中对4跨模型还用其它计算方法进行了对比计算,计算结果表明各种计算方法计算出的结果是相当接近的。根据计算结果研究指出,耐压液舱的单层壳跨数在大于三跨时,其液舱区的应力几乎没有变化这一结论,并认为从强度破坏原则来看,耐压液舱结构的破坏应该出现在耐压液舱隔壁板附近。本文的以上研究对潜艇耐压液舱结构的设计、试验、建造、使用具有较大的使用价值。     

耙吸挖泥船泥舱消能结构特性数值研究

耙吸挖泥船泥舱的消能结构对装舱溢流损失有着重要的影响。采用数值计算方法对原型、对冲和45°挑高对冲共3种泥舱模型的进流结构进行了对比研究。计算结果显示：1）与原型相比,对冲和45°挑高对冲的泥舱内部流场的旋涡分布较为集中。2）进流管路的出流扩散范围基本位于进流管路的出口附近区域。3）泥舱内其它区域的流速及湍流强度均要小于原型,尤其在溢流筒附近区域湍流强度衰减更为明显。说明对冲和45°挑高对冲结构起到了一定的消能作用,将有利于泥舱装舱过程中泥沙的沉积,达到提高装舱效率的目的。     

外置式耐压液舱实肋板拓扑和开孔尺寸优化

[目的]为了简化建造工艺和减轻液舱结构重量,对外置式耐压液舱实肋板结构进行拓扑优化和开孔尺寸优化设计。[方法]首先,利用Hyperworks/Optistruct对外置式耐压液舱整体模型进行结构应力分析。然后,在拓扑优化中,除与液舱壳板和耐压船体壳板相连的约100 mm长条状范围外,以实肋板其他范围内的单元密度为设计变量;以与实肋板相连的液舱壳板和船体壳板上结构的典型应力及实肋板体积分数为约束,以实肋板上最大Mises应力最小化为目标,针对满载和空舱两种工况,利用商用软件Hyperworks/Optistruct对实肋板结构进行拓扑优化。最后,基于Matlab和ANSYS联合优化,以实肋板上von Mises应力和剪应力为约束,以相应结构重量极小化为目标,对实肋板开孔进行尺寸优化,从而得到精细化开孔方案。[结果]拓扑优化结果表明,外置式耐压液舱实肋板开减轻孔应集中在中、下部。开孔尺寸优化结果表明,相比初始方案,实肋板剪应力增加38%,其他关注区域应力相当时,内部实肋板上结构重量可降低19%。[结论]两类优化设计均表明,外置式耐压液舱实肋板开减轻孔应集中在中下部,且从下到上开孔面积应逐渐减小。     

MPS方法模拟三维圆柱形液舱晃荡问题

[目的]为了研究在单自由度横荡激励下,激励频率对液舱晃荡现象的影响,将移动粒子半隐式(MPS)方法应用于水平圆柱形液舱晃荡问题。[方法]基于改进的MPS方法和GPU并行加速技术,课题组将自主开发的无网格粒子法求解器MPSGPU-SJTU应用到三维圆柱形液舱晃荡问题中。首先,进行模型验证,对激励频率为一阶固有频率时的晃荡现象进行模拟。然后,在此基础上进行不同激励频率下的晃荡现象计算,并将激励频率在1.2 Hz的模拟结果与实验结果进行对比。最后,在此基础上模拟不同激励频率下液舱的横荡运动。[结结果]结果显示,MPSGPU-SJTU求解器能够较好地模拟圆柱形液舱内的液体晃荡现象,也能较为精确地计算液舱受力;当激励频率在固有频率附近时,晃荡现象十分剧烈,当远离固有频率时,晃荡会迅速变弱,液舱受力也随之迅速减小。[结论]所得模拟结果能够为圆柱形液舱的设计应用提供有效参考。     

后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响

[目的]为了研究后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响,[方法]针对螺旋桨不定常激振力诱发的艇体结构辐射声,以SUBOFF潜艇为原型,建立了包含螺旋桨和轴系实体结构单元的潜艇整艇模型,采用通用有限元程序NASTRAN计算其在真空中的振动特性,同时采用附加质量附加阻尼算法计算其在水下的振动和声辐射特性,对潜艇整艇结构在螺旋桨垂向激振力作用下的振动与声辐射特性进行分析,并着重考虑了后艉轴承刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响规律。[结果]研究指出,降低后艉轴承刚度使潜艇结构振动与声辐射的能力主要向其第2阶整体弯曲振动模态频率处集中,且第2阶整体弯曲振动模态频率逐渐向低频移动;在第2阶整体弯曲振动模态频率以上频段降低后艉轴承的刚度能够有效降低潜艇整艇结构的振动和声辐射。[结论]所得结果可为声学设计阶段潜艇关键部位结构参数的选取提供参考。     

破片高速侵彻防护液舱剩余特性研究

为探讨破片高速侵彻液舱后的剩余特性,通过弹道试验,并结合有限元分析软件Ansys/Ls-Dyna,比较破片侵彻垂直和倾斜液舱后的瞬时余速和运动轨迹。试验结果表明:破片穿透液舱前板初期,会产生空泡和射流,空泡大小和射流强度与破片入水初速有关,而空泡形状和射流方向则受液舱的倾斜角度影响;破片穿透液舱前板后,在水中的运动轨迹会发生偏转,偏转方向与破片入水初速有关。     

破片高速侵彻防护液舱剩余特性研究

为探讨破片高速侵彻液舱后的剩余特性,通过弹道试验,并结合有限元分析软件Ansys/Ls-Dyna,比较破片侵彻垂直和倾斜液舱后的瞬时余速和运动轨迹.试验结果表明:破片穿透液舱前板初期,会产生空泡和射流,空泡大小和射流强度与破片入水初速有关,而空泡形状和射流方向则受液舱的倾斜角度影响;破片穿透液舱前板后,在水中的运动轨迹会发生偏转,偏转方向与破片入水初速有关.     

多液舱晃荡与养殖工船时域耦合运动的数值模拟

[目的]为研究多液舱养殖工船在横向波浪激励下,其液舱晃荡与船体运动的时域耦合问题,对其进行数值模拟。[方法]采用脉冲响应函数法预报船体运动,基于CFD理论模拟计算液舱晃荡问题,并讨论壁面剪切力对液舱晃荡的影响。为验证数值方法的可靠性,进行载液工船模型横摇自由衰减试验,并将试验结果与数值结果进行对比。同时,在此基础上,提出多液舱模型的二维简化方法。[结果]计算结果表明:在横向波浪激励下,波浪频率为0.5 rad/s时,液舱晃荡使养殖工船横摇幅值响应算子峰值增大了43%。液舱晃荡可能会给载液船舶的安全性带来风险,应该在设计阶段充分考虑。[结论]研究成果可为多液舱船的优化设计提供参考。