爆炸载荷作用下固支方板的应变场及破坏分析

对爆炸载荷下的固支方板进行了理论分析和实验研究,导出了固支方板在爆炸载荷作用下的应变场,分析了在爆炸载荷下固支方板的破裂形式,给出了破裂临界压力值,可用于一般工程设计.     

应用奇异函数的舰船舱壁钢结构抗冲击计算方法

现有的舰船舱壁钢结构抗冲击计算方法存在着计算时间过长的缺陷,为了解决上述问题,提出应用奇异函数的舰船舱壁钢结构抗冲击计算方法。从冲击时间以及压痕尺寸分析钢结构接触损伤,利用聚类算法提取冲击表面弹塑性代表特征,建立钢结构抗冲击奇异函数。通过计算得到舰船舱壁钢结构抗冲击强度数值,实现舰船舱壁钢结构抗冲击的计算。测试结果显示:与现有舰船舱壁钢结构抗冲击计算方法相比较,提出的舰船舱壁钢结构抗冲击计算方法极大地降低了计算时间,充分表明提出舰船舱壁钢结构抗冲击计算方法具备更好的计算效果。     

舰船舱内空爆数值仿真方法研究

利用 Ansys/LS-DYNA 动力分析软件模拟大型水面舰船在舱室内部爆炸情况下船体结构的加速度响应情况。炸药及空气采用欧拉网格,船体结构采用拉格朗日网格,计算采用多物质ALE算法。数值模拟中对爆炸环境进行简化,以附连水质量代替水线面下方水介质对船体结构的影响。将不同尺寸网格计算出的冲击波载荷曲线与经典经验公式对比,得到数值仿真的合理网格尺寸。采用简化模型讨论2种边界约束条件对各层平台加速度峰值响应的影响,得到较为合适的约束条件。计算得到沿船长方向船体结构加速度分布并与实验结果相比较,数值仿真计算得到的加速度峰值与实验数据较为吻合,表明仿真中对于空爆载荷及约束条件等冲击环境的模拟合理。     

舰船舱内空爆数值仿真方法研究

利用Ansys/LS-DYNA动力分析软件模拟大型水面舰船在舱室内部爆炸情况下船体结构的加速度响应情况。炸药及空气采用欧拉网格,船体结构采用拉格朗日网格,计算采用多物质ALE算法。数值模拟中对爆炸环境进行简化,以附连水质量代替水线面下方水介质对船体结构的影响。将不同尺寸网格计算出的冲击波载荷曲线与经典经验公式对比,得到数值仿真的合理网格尺寸。采用简化模型讨论2种边界约束条件对各层平台加速度峰值响应的影响,得到较为合适的约束条件。计算得到沿船长方向船体结构加速度分布并与实验结果相比较,数值仿真计算得到的加速度峰值与实验数据较为吻合,表明仿真中对于空爆载荷及约束条件等冲击环境的模拟合理。     

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。     

水下爆炸气泡射流作用下固支方板动态响应的数值仿真研究

为研究水下爆炸气泡溃灭发生射流时对结构的影响,借助有限元软件MSC.Dytran对固支方板在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行研究。对底部爆炸和侧面爆炸两种典型情况进行计算,对射流发生时流场情况以及固支方板的响应特点进行分析,认为射流载荷是局部载荷,会引起严重的局部破坏,在近场水下爆炸研究中必须予以重视。     

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。     

水下爆炸冲击波载荷作用下舰船板架结构冲击可靠性研究

军舰和水下潜艇等军事作业平台,在执行任务时容易遭受水下炸弹、鱼雷等破坏性武器的袭击。其中,水下近距离、非接触爆炸可以产生能量很高的爆炸冲击波,对军舰和潜艇等产生巨大的破坏作用。因此,提高舰船板架结构的抗冲击波特性具有重要的意义。本文针对水下冲击波气泡脉动理论,系统研究舰船板架结构的水下爆炸冲击可靠性。     

固支方形板在水下爆炸冲击波载荷作用下动态响应数值仿真研究

舰船在实际海战中的抗打击能力是舰船生命力的重要指标.板格是舰船结构的基本组成单元,为了研究板格在爆炸载荷作用下的承载能力,采用数值方法研究了正方形板在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应,分析了板的变形模式,研究了板厚和爆炸冲击因子对板的最大变形绕度的影响,推导出简单适用的经验公式.     

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。     

空中接触爆炸作用下船体板架塑性动力响应及破口研究

导弹或炸弹接触爆炸对船体板架的破坏作用,可分为初始穿孔作用和爆炸冲击波作用两部分,从而可将其破损看作早期穿孔和壳板的后续塑性变形两个阶段.为简化计算,将船体板架按照一定的等效原则简化为圆形板.第一阶段,该圆形板在中心产生初始穿孔;第二阶段,爆炸冲击波作用以冲量的形式作用在穿孔后的剩余板结构上,给板一个初始动能.剩余结构在该动能驱动下继续变形,动能逐渐转化为变形能,并最终达到平衡状态.通过假设一定的塑性变形模式,得到变形能与变形的关系,利用动量定理和能量守恒定理,建立了板架塑性变形的理论模型,得出了变形挠度的计算公式.通过接触爆炸试验,得出材料极限动应变的估算值,并以最大环向应变等于极限动应变作为板架径向撕裂的条件,得到破口半径的计算公式.利用上述破口计算方法,对某型驱逐舰的几个典型船体甲板板架在受到飞鱼导弹及GBV-12型激光炸弹攻击时的变形挠度和破口尺寸进行计算.以实船在遭受空中打击时的战损事例和打靶试验数据进行比较后,证实该破口计算公式可用于船舶受空中接触爆炸作用下产生的破口估算.     

加筋板结构在水下爆炸冲击波作用下动态响应的近似相似方法研究

提出了同时考虑流固耦合和材料应变率强化效应时,加筋板结构在水下爆炸冲击波作用下动态响应的相似条件.在此基础上,提出了该问题的近似相似方法.该方法通过在模型和原型之间建立一个修正模型,达到利用修正模型的冲击响应近似预报原型响应的目的.最后提出了利用缩比模型试验预报原型冲击塑性变形的模型化试验方法.文中结论可用于指导利用模型试验预报船体局部板架在水下爆炸冲击波作用下动态响应.     

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%。     

基于子程序二次开发的双向曲率板应变分布计算方法

[目的]在船舶双向曲率板的自动化成型研究中,板材的面内应变和面外应变分布计算方法是一个重要问题。针对现有应变计算方法存在的局限性,提出一种提高船舶双向曲率板应变分布计算精度的方法。[方法]以圆形平板为研究对象,在有限元软件中进行子程序的二次开发,逐步施加位移场载荷,提高应变分布的计算精度;考虑到实际加工过程是弹塑性变形的过程,因此讨论材料非线性对应变分布的影响;从计算精度和计算效率的角度,讨论各种计算方法的适用性。[结果]子程序计算方法解决了现有方法计算精度不足、建模复杂和计算效率低下的问题;考虑到计算效率,建议使用弹性大变形有限元方法来计算应变;针对不同曲率半径的目标形状,对计算方法的选取给出了合理的建议。[结论]研究成果可为船舶双向曲率板的自动化成型系统提供准确的应变分布,具有实际的工程应用价值。     

爆炸载荷下固支矩形板的大挠度塑性动力响应

从矩形板的小挠度运动方程出发,通过引入膜力因子,给出四边固支矩形板在大挠度变形情况下的运动方程,分析矩形板大挠度塑性动力响应,并根据运动方程导出在矩形脉冲载荷作用下四边固支矩形板的运动微分方程,求解矩形板的最大残余变形计算式。同时,通过假设的应变率效应系数选取方法,解决大挠度加载情况下材料屈服应力的增加问题。使用有限元仿真手段验证了带有移行铰线的变形机构,对已有的实验样本和补充的有限元模型进行计算,并将计算出的理论结果与已有实验结果和有限元结果进行了比对,吻合较好。     

十字交叉梁模型的塑性动力响应计算方法

船体板架在水下爆炸载荷作用下的塑性动力响应计算是舰船抗爆性能研究中的一项重要工作,鉴于有限元法对其求解的计算效率无法保证,同时解析法对其求解有技术上的困难等研究现状,提出了一种将船体板架结构简化成刚塑性十字交叉梁,并通过动量定理和动量矩定理由运动方程推导出十字交叉梁结构中横向和纵向构件二者在关联处有力的相互作用时的变形挠度的计算方法。利用此方法计算所得的结果,与实船舱段的有限元模型结果,以及实船舱段的水下爆炸试验的数据进行对比后,吻合较好。结果表明,力学模型选取是合理的,用于水下非接触爆炸的舰船板架挠度变形计算方法不仅保证了计算效率,也保证了计算精度,具有工程实用性。     

一种双向曲率板成型应变分布的力学计算方法

在双向曲率板线加热成型及滚压成型的工艺设计研究中,一项十分重要的工作就是依据所需目标形状计算应变分布并以此确定加工路径和工艺参数,因此应变分布计算的精度直接影响到加工路径和工艺参数的准确性。本文介绍了一种基于力学方法的应变分布计算方法,首先对平板施加节点位移场进行弹塑性计算,由于存在回弹现象,需对节点位移场进行反变形修正,本文将得到的形状与目标进行对比后,再利用两者偏差对位移场进行迭代修正,直到两者偏差满足精度要求,最后将得到的应变场以初应变的形式输入到平板模型上,用初应变法的结果对应变的计算方法进行验证,证明该方法的精度,为后续加工路径和工艺参数的准确确定提供基础。