冲击波和破片联合作用下舱段毁伤效应分析

为了研究冲击波和破片联合作用下船舶舱段的毁伤效应,首先在ANSA中建立舱段的有限元模型,设定材料模型、模拟舷侧破口、建立战斗部模型和耦合模型;之后在AUTODYN中对比分析了爆炸冲击波单独作用以及冲击波、破片联合作用2种情形下,船舶舱段的舱内爆炸载荷特性、舱室结构等效塑性应变及位移等数值结果的差异。结果表明：考虑冲击波和破片的联合作用时,冲击波压力曲线的前期趋势与冲击波单独作用下大致相同,但由于冲击波从破口发生泄漏,舱室内压力会较早达到准静态压力状态。同时,爆炸当舱的更多区域出现了大破口,毁伤主要表现为角隅大塑性变形以及边缘大面积撕裂,甲板和舷侧的最大位移和等效塑性应变也较冲击波单独作用大得多。     

破片与冲击波对固支方板的耦合毁伤效应数值研究

为探索固支方板在破片与冲击波耦合作用下的典型破坏模式及临界转换条件,采用耦合的SPH-FEM方法数值模拟靶板在破片与冲击波耦合作用下的破坏过程。结果表明:(1)耦合载荷作用下靶板的损伤模式主要分成两种,模式I:花瓣弯曲破坏;模式Ⅱ:拉伸断裂破坏。模式Ⅱ还可细分为两种,模式Ⅱa:板边界产生塑性变形,中心产生拉伸断裂破坏;模式Ⅱb:板边界和中心均产生拉伸断裂破坏。(2)模式I和模式Ⅱa之间的临界i*(无量纲冲量)值约为0.88;模式Ⅱa与模式Ⅱb之间的临界i*值约为0.64。(3)靶板的破口面积并不是随着i*的增大而增大,当i*=0.71时,破口面积达到最大值,约为抗爆有效面积的68%。     

战斗部舱内爆炸下舰船耦合毁伤数值计算

[目的]旨在研究舰船结构在战斗部舱内爆炸下的耦合毁伤效应。[方法]以带壳弹起爆试验验证SPH-FEM耦合数值方法的有效性,对实船舱段缩比模型起爆试验进行数值计算,分析战斗部舱内爆炸时破片与冲击波对舰船结构的耦合毁伤效应。[结果]结果显示,在战斗部舱内爆炸作用下,金属壳体产生的随机高速破片群具有特殊的空间分布特征,率先引起当舱结构的局部破坏,冲击波压力加剧了局部破坏效应,结构破口进一步对舱内爆炸冲击波的传播扩散空间产生了影响,进而对相邻结构造成毁伤。[结论]研究表明：简单地将战斗部等效为裸装药的方法不能真实反映战斗部舱内爆炸对舰船结构的毁伤效果;采用SPHFEM耦合的数值方法能够良好地还原试验中战斗部对舱室结构的毁伤模式。     

冲击波和破片联合作用下I型夹层板毁伤仿真

基于非线性有限元软件LS-DYNA,通过在TNT炸药底部布置预制破片模拟战斗部爆炸产生的冲击波与破片联合作用载荷,计算3种TNT炸药当量下I型夹层板的毁伤响应,分析冲击波单独作用及冲击波与破片联合作用下I型夹层板失效模式的差异,研究夹层板芯层配置以及上、下面板厚度配置对其失效模式的影响,并与等效实体板的抗毁伤性能进行对比。同时,从吸能的角度分析不同载荷工况下I型夹层板的吸能特性。数值仿真结果表明:在冲击波与破片联合作用下,结构的毁伤程度远大于冲击波单独作用时;当载荷强度较小时,I型夹层板的抗毁伤性能优于等效实体板;载荷强度、载荷类型(冲击波单独作用或冲击波与破片联合作用)及上、下面板厚度配置对I型夹层板的失效模式有较大影响;从吸能特性来看,在冲击波单独作用下,上面板和芯层是主要的吸能构件,而在冲击波与破片联合作用下,上面板和下面板是主要的吸能构件。     

爆炸载荷作用下舰船板架的变形与破损

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。     

空爆冲击波对高速破片绕流效应的仿真

为探讨空爆冲击波对高速破片的绕流效应及影响因素,采用Ansys/LS-DYNA软件建立了端部贴有预制破片的柱状TNT空爆仿真模型,结合实例分析冲击波对高速破片绕流作用特点,对比讨论破片间隙,破片尺寸和破片质量等因素对冲击波绕流的影响规律。结果表明:爆炸初期冲击波速度高于破片速度,在对破片加速的过程中,冲击波对高速破片存在绕流作用;破片间隙越大,单个破片尺寸越小,单个破片质量越大冲击波越容易对破片发生绕流;而在一定范围内破片之间间隙越小,破片尺寸越大,绕流过破片形成的冲击波强度越弱。所以爆炸初期在破片之前传播的冲击波为扰流过破片碰撞形成的冲击波,可为战斗部爆炸载荷传播特性和毁伤特性研究提供参考。     

舰布雷障对潜毁伤概率计算模型及仿真

分析了反潜水雷障碍和水面舰艇布雷的特点.结合规则型水雷障碍的不同样式,按照概率的几何算法,建立了水雷障碍对目标潜艇毁伤概率的计算模型.并通过比较与仿真计算,验证了该种计算方法的正确性,可为水雷作战使用战术计算提供参考.     

基于先期毁伤的舰空导弹网络化协同反导火力分配

舰空导弹网络化反导火力分配的确定和优化是提高舰艇编队整体对空作战能力的关键。为了有效发挥网络化舰空导弹反导火力优势,在先期毁伤的条件下,结合舰空导弹杀伤区内杀伤概率的分布特点,建立舰空导弹网络化反导火力分配的优化模型,使得毁伤概率和毁伤时机之间取得较好的平衡。     

水下爆炸对鱼雷毁伤的实验研究

通过对水下爆炸冲击波最大压力的分析和冲击波对固定壁的作用以及对薄壳结构承载能力分析，研究了水下爆炸冲击波对鱼雷的毁伤效果，探讨了鱼雷头部结构的毁伤准则。同时开展了模拟验证试验。     

冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟

为探讨固支方板结构在爆炸冲击波和高速破片联合作用下的变形破坏特点及规律,利用有限元分析软件ANSYS/LS -DYNA开展冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟计算,阐述装药驱动预制破片的运动过程,分析冲击波载荷和破片载荷以及钢板在联合载荷作用下的变形破坏模式,并与试验进行对比。结果表明,数值计算结果与试验结果较为吻合;炸药底部中心处预制破片的初速最高,边缘处最低;在试验工况下,冲击波先于破片作用于结构,破片群总动能远大于爆轰产物及冲击波传递给结构的动能,破片群是造成钢板中心出现冲塞破口的主要因素,应作为防护结构的主要设计载荷。     

加筋板低周疲劳寿命和累积塑性应变模型

为分析加筋板结构累积塑性破坏的影响,应用损伤力学基础理论,并结合筋板相互影响系数,以塑性应变为损伤演化的控制参量,推导并建立加筋板结构低周疲劳累积递增塑性应变模型和低周疲劳寿命模型。将加筋板在循环载荷下的疲劳损伤变量引入累积递增塑性应变方程中,通过积分变换,推导出循环载荷下船舶加筋板结构轴向累积塑性应变的演化方程及其低周疲劳寿命本构模型;采用船舶通用高强度402钢相关材料疲劳特性参数对船舶加筋板结构低周疲劳寿命模型进行对比分析;将塑性应变发展理论模型与有限元计算结果进行比较,分析平均应力和筋条刚度比对累积塑性应变的影响规律。结果表明,该模型较好地反映了船舶加筋板结构的轴向累积塑性应变演化规律,同时能方便地对船舶结构低周疲劳强度进行评估、校核。     

Ultimate strength design of stiffened plates under axial compression and bending

The basis for design of stiffened plates under longitudinal compression is outlined and predictions using several codes are compared against numerical results from an inelastic beam-column formulation and test results. In order to explore the inherent differences in column behaviour separately from discrepancies arising due to plate panel behaviour, the code predictions are re-evaluated adopting a common plate panel effective width formulation. On this basis, a critical review of code methods is made and some modifications are proposed.

The effect of the magnitude and direction of applied uniform bending on the axial capacity of stiffened plates is investigated by comparing two alternative design approaches, namely an interaction equation and a method based on the Perry equation, against results from numerical analyses and from rigid plastic theory. The interaction equation is invariably more conservative than the Perry approach but its simplicity tends to be convenient for routine design applications. Finally, results of numerical analyses, together with experimental results from previous studies, on continuous stiffened plates under combined axial compression and lateral pressure are presented and available design guidance is discussed.     

加筋板的大挠度塑性动力响应研究

对加筋板的大挠度塑性动力响应进行了理论研究,应用单轴对称截面的线性化轴力-弯矩交互作用曲线和相关联的塑性流动法则推出了梁达到塑性弦状态所应满足的挠度条件.此外,详细地分析了梁在不同载荷情况下可能的运动模式.最后应用本文理论和有限元软件ANSYS、ABAQUS/Explicit对四边固支单向加筋板结构进行了求解.     

海船船行波对游艇航行安全影响试验

采用不同比尺的物理模型,研究了3万t级海船及游艇在进出港航道中航行产生的船行波特性;利用造波机模拟海船船行波,试验分析了海船船行波对游艇航行安全的影响。研究表明,当航道两侧挡沙堤出水后,对海船航行具有较明显的限制性航道特点;海船航速8节时在游艇航道中产生的最大波高为0.46m,对单游艇航行安全没有影响;当海船和2艘游艇三者同时相遇时,游艇航速宜小于等于10节。     

Dynamic plastic response of clamped stiffened plates with large deflection

Study on the dynamic response, and especially the nonlinear dynamic response of stiffened plates is complicated by their discontinuity and inhomogeneity. The finite element method （FEM） and the finite strip method are usually adopted in their analysis. Although many useful conclusions have been obtained, the computational cost is enormous. Based on some assumptions, the dynamic plastic response of clamped stiffened plates with large deflections was theoretically investigated herein by a singly symmetric beam model. Firstly, the deflection conditions that a plastic string must satisfy were obtained by the linearized moment-axial force interaction curve for singly symmetric cross sections and the associated plastic flow rule. Secondly, the possible motion mechanisms of the beam under different load intensity were analysed in detail. For structures with plastic deformations, a simplified method was then given that the arbitrary impact load can be replaced equivalently by a rectangular pulse. Finally, to confirm the validity of the proposed method, the dynamic plastic response of a one-way stiffened plate with four fully clamped edges was calculated. The theoretical results were in good agreement with those of FEM. It indicates that the present calculation model is easy and feasible, and the equivalent substitution of load almost has no influence on the final deflection.     

船行波对港口的影响

目前常规的港口设计中未考虑通航船舶对港口设施的影响,随着我国航运业的飞速发展以及船舶大型化的趋势,船舶活动对港口的影响也越来越大。归纳了大型船舶在港区及航道的不同通航条件,采用英国标准CIRIA C683中推荐的船行波计算公式对各种情况下通航船舶的船行波进行初步计算,分析船行波对港口的影响,并指出在港口设计中需要考虑船行波的情形。     

船行波对系泊船的影响分析

介绍船行波的两种算法,着重运用Flory-Remery算法通过OPTIMOOR系泊软件,结合巴基斯坦某港7.5万吨级煤码头,分析临近进港航道建设码头泊位时船行波荷载对码头泊位上系泊船的影响,并提出不影响系泊船正常作业的临界航速,供类似工程参考。     

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.     

船行波对双船系靠LNG泊位系泊稳定性的影响

双船系靠LNG泊位对系泊稳定性要求高,而目前尚无船行波对双船系靠泊稳定性影响的定量分析方法。结合工程实例,以Flory-Remery单船系泊船行波荷载计算方法为基础,结合双船系靠泊位的特点予以修正,利用数值分析软件定量分析船行波过程对双船系靠泊位系泊稳定性的动态影响。结果表明,典型系泊条件下,双船系靠泊位系泊倒缆受力及纵移运动量受船行波影响最大,当船行波与系泊船间距50 m时系泊稳定性不满足要求;当船行波与系泊船间距100 m时系泊稳定性满足要求;当船行波与系泊船间距150 m时系泊稳定性基本不受船行波影响。