水下非接触爆炸时舰船——坐姿舰员系统仿真模型

本文给出了一个舰船一舰员在受到水下非接触爆炸攻击时的冲击动响应的系统仿真模型。用二阶双渐近似方法对舰船结构在水下爆炸冲击作用时的时域动响应进行理论仿真。然后用非线性四自由度集总参数模型表征坐姿船员，可以进行舰员的时域响应理论仿真计算，这个系统模型对舰艇和舰员安全设计可以起指导作用。     

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。     

水下圆柱壳冲击响应分析的有限元模型简化方法

基于显式非线性动力学分析程序ABAQUS,对水下圆柱壳受到水下爆炸冲击作用下的非线性动态响应进行研究。详细计算不同简化模型受到水下爆炸冲击波作用下的响应并与完整模型的结果进行对比。研究结果表明,用圆柱壳结构的部分模型代替完整模型,可以得到较为满意的计算结果。     

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。     

舰船结构的水下非接触爆炸冲击响应计算研究

分析水下爆炸过程的特点,对水下非接触爆炸冲击响应的有限元分析计算方法进行研究。介绍有效模拟水下爆炸过程的有限元计算软件ABAQUS。根据水下爆炸瞬时、动态、非线性的特点,提供有效模拟水下爆炸过程的计算方法。该研究可为以后进行此类的计算提供借鉴。     

经验模态分解方法在结构冲击信号分析中的应用

介绍一种非线性非平稳信号分析的新方法，此方法是基于经验模态分解（EMD）技术的振动信号分析算法。基于这种方法编写了非线性信号分析程序，把振动信号分解成多个本征函数，在分析过程中比较EMD方法与传统的FFT方法，通过两种方法的对比分析，体现了基于EMD的希尔伯特一黄变换的先进性。对水下爆炸载荷作用下的舰船结构响应进行数值模拟分析，并将EMD方法应用于水下爆炸结构冲击信号分析。通过研究每一个本征函数，从本质上分析水下爆炸冲击加速度信号的组成成分及特点。     

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。     

舰船设备冲击环境的能源研究

在浮动冲击平台水下爆炸试验中，低频簧片仪的簧片应变曲线展示了簧片对水下爆炸响应的全过程。在研究簧片应变曲线与水下爆炸作用外力对应关系时，发现了水下爆炸气泡膨胀产生的滞后流与舰船设备冲击振动响应的重要联系，并用丰富的理论和实验数据证实了“水下爆炸滞后流使舰船产生的（阶跃）位移是安装频率为数十赫兹的舰船设备冲击振动的主要能源”，而冲击波具有的能量对舰船设备冲击振动的贡献是微不足道的。     

水下非接触爆炸下船体爆炸弯矩简化计算方法

[目的]水下非接触爆炸冲击能引起船体强烈的总纵弯曲运动,威胁船体总纵强度。采用详细的有限元建模进行水下非接触爆炸计算虽然可以获得船体爆炸弯矩,进而计算船体水下非接触爆炸作用下的船体总纵强度,但该方法工作量较大且较为复杂。为此,[方法]提出一种基于梁模型的船体水下非接触爆炸弯矩简化计算方法,运用ABAQUS有限元软件,建立船体详细有限元模型和船体梁简化模型,并分别进行水下非接触爆炸工况下危险剖面的爆炸弯矩计算。[结果]计算结果表明,建立的船体梁简化模型不仅建模简单,而且爆炸弯矩计算精度良好。[结论]所得结果可为水下非接触爆炸下船体爆炸弯矩的快速估算提供参考。     

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.     

加筋圆柱壳水下爆炸动响应数值模拟

圆柱壳是潜艇和海洋工程结构物广泛采用的结构单元,研究其水下爆炸动响应有助于深入了解圆柱壳结构的失效规律和机理,对于提高潜艇的生命力和战斗力有着重要的意义.本文首先研究了采用ABAQUS软件的水下爆炸载荷模型和计算参数的选取范围,然后选取加筋圆柱壳舱段为研究对象进行水下爆炸数值模拟,计算得出基座的冲击环境与试验数据吻合良好.本文进一步对圆柱壳在水下爆炸条件下的动响应规律进行了研究,得出了结构不同部位冲击动响应和冲击环境,并对不同部位冲击环境的差异进行了分析,得出了复杂圆柱壳结构在水下爆炸作用下的动响应和冲击环境规律.     

水下非接触爆炸作用下舰船结构损伤评估

由于水下爆炸和舰船结构动态响应的复杂性,水下非接触爆炸作用下舰船结构损伤研究主要来自于对试验现象或试验数据的分析。传统对水下爆炸作用下舰船结构损伤研究的理论分析和计算过程主要考虑水下爆炸冲击波和2次压力波。本文提出了气泡脉动对舰船结构的冲击,明确了气泡脉动对舰船结构损伤的关系;在综合研究水下非接触爆炸作用下舰船结构损伤模型基础上,建立了舰船结构的损伤等级,确定了等级评估标准;举例与模拟试验情况下舰船结构损伤情况进行对比,结果基本吻合。     

在水下爆炸冲击波作用下的新型冲击因子

为了衡量水中结构物在水下爆炸作用下的冲击环境强弱和研究模型与实际结构的相似性,从爆炸入射能量角度提出了一种新型的冲击因子来描述水下爆炸载荷。为验证其有效性,以双层加肋圆柱壳结构为模型,用该新型冲击因子和另外两种常用冲击因子设计了三个系列的工况,使用ABAQU S软件进行了数值实验,从结构的动能、势能和结构的冲击响应谱三个方面对计算结果进行了分析。结果表明,在新型冲击因子相等条件下,结构的动能、势能、冲击谱响应接近,而另外两种形式的冲击因子相等的工况,结构的动能、势能、冲击谱响应有较大差异。其原因为,旧的冲击因子没有考虑冲击波振面的球面特征和爆心与结构的相对位置,难以较好地反映水下爆炸载荷的特性,而新型冲击因子能够弥补上述缺陷。     

舰船舱段模型在水下爆炸作用下的壁压分析

对舰船舱段模型进行了海上水下爆炸试验,试验的目的是测试药包处于不同水下深度时,舱段模型龙骨处冲击载荷的差别。试验时,测量了自由场压力和壁压。根据试验结果,给出了自由场压力与壁压实测曲线。同时,采用正向超压时间计算公式,和实测自由场冲击波长超压时间以及自由场压力峰值与壁压峰值进行了对比。最后利用matlab软件对自由场压力和壁压进行了定性分析。试验结果对海上水下爆炸理论分析和今后的海上水下爆炸试验均有一定参考价值。     

船体在水下冲击作用下的动态响应仿真

舰船在执行任务时,不可避免的会发生敌方鱼雷、导弹等武器的打击,在水下的冲击场景主要有接触爆炸、非接触爆炸和自身冲击等,其冲击作用可能会造成船体结构的损伤,甚至造成舰船沉没等事故。因此,研究船体结构在水下冲击作用下的强度与力学响应有重要的意义。本文详细研究了水下冲击与爆炸理论,建立了水下冲击模型,并基于有限元分析软件Abaqus进行了船体的有限元建模、网格划分、冲击载荷施加与动态响应仿真。     

舰船结构弹塑性冲击响应数值计算

舰船在执行作战任务时受到的冲击主要来自水上和水下两方面。其中,水下爆炸会对船体造成较大的冲击作用,引起船体的弹性变形和塑性变形,严重的可能导致船舶断裂等事故。本文针对舰船在水下爆炸冲击作用的力学特性进行研究,基于有限元分析软件Ansys等工具建立船体框架结构的有限元模型,对舰船结构的弹塑性冲击响应进行了数值计算和仿真。     

遭受沉底爆炸载荷作用下的圆柱结构冲击损伤计算

论述了圆柱结构对水下爆炸的冲击损伤计算方法与数值模拟算法。简要介绍了试验工况、计算模型、计算条件等,对沉底状态下圆柱结构遭受沉底水下爆炸作用下的实际损伤与仿真结果进行了对比,研究了冲击毁伤与载荷强度、炸药之间的关系,并应用圆柱壳屈曲理论讨论计算圆柱结构冲击响应的方法,提出了应用表面平均总压力来表征爆炸载荷强度,为今后的潜艇结构抗冲击试验方案设计提供参考。     

舰船水下爆炸局部气穴效应理论模型研究

在舰船遭受水下爆炸的过程中,船体水下部分的外板与水中冲击波的相互作用将产生局部气穴效应。这种效应有可能导致舰船结构和设备上的二次加载现象,造成更严重的破坏。针对水下爆炸局部气穴效应中的非线性流固耦合现象,建立简化一维冲击波—浮体—局部气穴理论模型,分析了水中冲击波与浮体之间相互作用产生局部气穴的机理,推导局部气穴产生、发展和闭合过程时间和位置的公式,为进一步研究局部气穴现象对水下爆炸冲击环境下的舰船及其设备冲击响应的影响提供了理论依据。     

非接触水下爆炸舰船结构响应分析

军舰以及实施水下爆破任务的舰船不可避免要遭受水下装药爆炸的冲击载荷,舰船上人员与设备要承受由此带来的强冲击.确定舰船遭受水下爆炸引起的冲击环境,对舰船人员和设备的防护都有指导作用.针对3 000 t级水面舰船,应用Abaqus有限元软件建立舰船有限元模型,计算了距舰船水平距离60 m,装药水深60 m,1000kgTNT当量装药水下爆炸,舰船的冲击环境.得到的舰船典型部位结构的速度响应数值合理,规律正确,得到的舰船冲击环境可以指导舰船人员及设备的冲击防护设计.