空中爆炸载荷作用下舰船结构动态响应研究

本文在空中冲击波和空中接触爆炸理论研究基础上,以某大型船舶典型舱段为研究对象,利用瞬态有限元分析软件MSC.Dytran详细研究了空中接触爆炸以及舱室内部爆炸载荷作用下舱段结构的动态响应过程,得到不同形式爆炸载荷作用下舱壁结构的破坏模式与毁伤特性,并将舱室内部爆炸与强力甲板外部接触爆炸进行了对比,得到了2种不同攻击方式下,舱段的响应特点及规律,为后续舰船结构的加强提供参考。     

舱内爆炸载荷作用下舱壁板的动力响应分析

为研究具有不同边界条件的舱壁板在爆炸载荷作用下的动力响应,采用通用有限元软件Abaqus建立完整的舱室结构模型和几种舱壁板模型。运用解耦的方法得到舱内爆炸时作用于舱室各舱壁上的压力时间历程,将该压力载荷作用到舱室各舱壁上得到其动力响应,比较各种模型的计算结果。结果表明:对于舱壁板模型,释放舱壁板4边的3个转角自由度约束、保留3个位移自由度约束是最合理的边界条件;舱壁板的长宽比对舱壁板中心位移有较大的影响;释放舱壁板4边的转角自由度约束对舱壁板中心位移的影响较小,转角自由度约束对舱壁板变形拟合函数的影响较为明显。所得到的数值计算结果可为相关研究提供参考。     

舷侧多舱防护结构抗冲击性能数值研究

舷侧多舱防护结构对水下爆炸载荷直接作用后的舰艇生存能力具有较大影响,研究舷侧多舱防护结构的抗冲击性能对优化和设计新型多舱防护结构具有重要意义.通过对典型舷侧防护结构在水下接触爆炸载荷作用下毁伤过程系统分析,揭示了多舱防护结构近结构在接触爆炸载荷作用下不同破坏模式机理;通过改变炸药量及多舱防护结构板厚,得到了膨胀舱外板对多舱防护结构抗冲击性能影响最大,隔板厚度不应大于膨胀舱外板厚度的结论.     

舱内爆炸载荷作用下加筋板动态响应试验研究

相对于敞开环境来说,发生在封闭舱室内的爆炸将对舰船结构造成更加严重的毁伤。论文对四边夹持约束的方形加筋板在舱内爆炸载荷作用下的动态响应进行了试验研究,分析加筋板结构的塑性大变形特征和舱室封闭程度对爆炸载荷作用效果的影响。试验结果表明:加筋板在舱内爆炸载荷作用下主要是发生整体塑性变形,中心变形挠度远远大于板厚值,中面膜力在板变形过程中起主要作用。与敞开环境爆炸载荷作用效果相比,舱内爆炸载荷作用在加筋板上的"等效损伤冲量"提高了6~8倍。结构变形主要取决于舱室壁面的反射冲击波和舱内准静态压力载荷。舱壁开孔降低了舱室壁面的封闭限制效果,导致舱内准静态压力载荷衰减速度加大,从而降低了爆炸载荷对结构的破坏能力。     

近爆载荷作用下液舱的吸能研究

为研究近距爆炸载荷作用下液舱各部分的吸能情况,根据实验建立数值仿真模型,研究在有无液体、不同厚度比和不同水层厚度条件下舱室变形和各部分吸能的占比情况。结果表明,液体介质的存在改变了液舱的吸能模式,液舱总吸能主要受到舱室外壁厚度和水层厚度的影响,厚度比和水层厚度的变化对舱壁变形模式和爆炸能量在液舱各部分的占比有一定影响。对液舱各部分吸能机理的阐述,可作为液舱设计的参考依据。     

多舱防护结构水下接触爆炸吸能研究

接触爆炸条件下,舰船结构破损非常严重,大型水面舰艇的多舱防护结构以空间换防护,可将接触爆炸载荷层层吸收,从而保护防护结构内部的各个舱室。文章根据一系列水下接触爆炸试验,结合水下接触爆炸载荷下作用载荷能量和结构破损吸能计算,分析了爆炸载荷能量与结构总吸能的比例关系,以及药量、结构参数对总吸能分配的影响,对提高多舱防护结构抗爆能力具有一定的参考价值。     

水下接触爆炸下多舱防护结构载荷特性及动响应研究进展

为探究水下接触爆炸载荷对大型舰船水下舷侧多舱防护结构毁伤的研究进展,从水下接触爆炸下多舱防护结构载荷特性及结构动响应2个方面综述国内外研究现状。对水下接触爆炸产生的冲击波载荷、复杂边界条件下的气泡载荷及高速破片侵彻液舱引起的冲击波载荷的研究现状进行综述;同时对水下接触爆炸下多舱防护结构的舷侧外板结构(背空板)、液舱结构及夹芯结构的响应研究现状分别进行综述。总结国内外学者对相关问题的研究成果,指出目前研究工作中存在的盲点,提出需要进一步研究和解决的问题,旨在为多舱防护结构的研究、设计和优化工作提供参考。     

战斗部舱内爆炸对舱室结构毁伤的实验研究

为探讨舰船抗爆抗穿甲防护结构设计,利用导弹模拟战斗部进行了舱室内部爆炸模型试验,研究内爆条件下高速破片和爆炸冲击波对舱室结构的联合毁伤效应,分析舱内爆炸环境下舱室板架结构的典型破坏模式.结果表明:模拟战斗部内爆载荷作用下舱室结构的整体变形以冲击波破坏为主;战斗部破片对舱壁板架产生侵彻穿孔破坏,并在近爆区板架上形成了破口密集区域;单个破口对舱室整体结构破坏影响不大,而密集破口区在后续冲击波作用下会发生撕裂,形成大破口,影响舱室整体结构性能.该研究结果,可用于指导舰船防护结构的设计.     

大型LNG船液舱晃荡载荷及响应模型试验研究

液舱晃荡是大型液化天然气船液舱设计中的重要问题之一,具有强非线性和离散性,很难确定其载荷值.为了研究大型液化天然气船液舱晃荡冲击载荷及其对结构的响应,文章开展了典型菱形液舱的三维晃荡模型试验,获得了大型LNG船液舱在各种运动模式下的流体拍击舱壁的冲击载荷特性以及液舱围护系统结构在晃荡冲击载荷作用下的动响应特征.     

舰船舱室内部爆炸的数值模拟研究

反舰武器战斗部在舰船舷侧防护结构内部爆炸将造成舱室的严重破坏,数值模拟是分析结构在爆炸载荷作用下破坏情况的有效手段之一.舱室内部爆炸的数值模拟涉及到冲击波传播、多个流场与结构的耦合、结构的变形与破坏.文章基于MSC.Dytran软件平台,实现了舱室内部爆炸的数值模拟.研究表明,在舱壁开口有利于减小舱室角隅处的汇集压力,保护舱室结构.同时,爆炸产生的二次破片对舱室结构能产生进一步毁伤效果.     

陶瓷/液舱复合结构抗侵彻机理试验研究

为探讨EFP战斗部的防护方法,文章根据陶瓷材料和液舱结构的抗侵彻机理,提出在舰船防护液舱前增设抗弹陶瓷材料层抵御大质量弹丸的侵彻,设计了1/10缩尺的防护液舱结构模型,开展了3类陶瓷/液舱复合结构抗侵彻试验研究,分析了弹体、液舱前、后面板的破坏模式和侵彻过程以及复合结构的抗侵彻效能.结果表明:弹体主要发生墩粗-侵蚀破坏;液舱结构前面板的破坏分为剪切冲塞(花瓣开裂)、碟形变形、薄膜鼓胀和失稳凹陷四个阶段;后面板的破坏随板的厚度而变化:后板较厚时发生剪切冲塞,较薄时发生花瓣开裂;初始压力峰值远远大于空化载荷峰值,但空化载荷对结构的破坏起着主要作用.     

模块化舱室的人员冲击损伤研究

在军用标准的理论基础上,对现有舱室和模块化舱室进行了冲击损伤计算,绘制出不同爆距下舰船服役人员损伤等级的关系曲线。研究结果显示,模块化舱室设计在各种程度损伤下对应的临界爆距均比传统设计舱室结构要小,安全性更强。模块化舱室不仅提高了舰船的抗冲击性能同时也很好的降低了人员的冲击损伤,提高了舰船的生命力。     

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。     

饱和冲量及其等效方法在舱室内爆炸中的应用

[目的]对于受到爆炸脉冲载荷冲击作用的船体结构,基于饱和冲量现象的相关研究表明,仅根据最大载荷幅值和脉冲总冲量来设计船体结构是不合理的,需探究工程应用中的饱和冲量现象。[方法]首先,总结饱和冲量概念的提出及研究发展;然后,以舱室内爆炸为典型算例,分析内爆炸载荷的曲线特性及结构响应特征;最后,基于饱和等效方法将复杂的内爆炸载荷等效为矩形脉冲载荷,采用理论及数值方法对等效载荷进行计算。[结果]结果表明:在舱室内爆炸准静态超压情况下普遍存在饱和冲量现象,实际工程应用中爆炸载荷会对结构造成较大的塑性变形,通常超过10倍板厚;而运用基于饱和冲量的等效方法分析,所得结果与数值仿真结果的误差小于10%。[结论]运用此方法可更准确地得出结构塑性动力响应结果,在结构抗冲击设计优化时,还可减少繁琐的复杂非线性数值计算,使设计更高效。     

典型舱室结构内爆毁伤效应

为研究内爆载荷下的典型舱室结构毁伤效应,针对大型舰船的典型舱室结构,结合冲击波载荷的经验计算公式,采用一种简化算法对爆炸舱室板架整体损伤情况进行计算,并使用数值仿真方法进行验证。分析常规反舰导弹作用下的典型舱室结构毁伤模式。根据相关大尺度模型内爆试验结果,研究爆炸舱室板架失效模式,并用试验结果对简化算法再次验证。结果表明,该简化算法具备一定的可靠性和准确性。     

中小型水面舰船抗毁伤结构设计初探

舱室内部爆炸载荷是反舰导弹毁伤水面舰船结构的主要载荷形式之一。以二次舱室内爆模拟毁伤效应试验为例，分析并指出内爆载荷作用下舰艇舱室结构的毁伤机理和典型破坏模式。在此基础上，结合现代中小型水面舰艇抗毁伤结构设计的最新发展，提出并较为深入地探讨了中小型水面舰船抗毁伤结构设计的基本原则与途径。     

多层防护结构舱内爆炸试验

舰船舷侧多层防护结构的主要作用是抵御反舰武器对内部结构的破坏。文章通过反舰武器战斗部模型在舰船舷侧防护结构内部爆炸的模拟试验,研究了战斗部内爆作用下防护结构的破坏模式、多层防护结构防御冲击波和高速破片的效果以及内部结构的冲击响应,对比分析了空舱和水舱在战斗部接近爆炸作用下的变形和破坏情况。通过对试验数据的分析发现在战斗部接近爆炸载荷作用下,水舱内板的动态响应出现了"二次加载"现象。     

FPSO船体建造工艺与应用

通过对比浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading, FPSO)与常规船体的不同,对船体主甲板结构提出新要求,同时新增加模块支墩、单点舱等结构。结合FPSO建造技术要求,对船体分段进行有限元分析、合理确定分段缝,对单点舱区域坞墩进行布置设计,并针对单点舱、模块支墩等特殊结构进行专项施工工艺分析,制订可行性工艺方案及精度控制措施。通过工程实践,关键结构单点舱、模块支墩均满足建造精度要求,此工艺可为后续类似海洋结构建造提供参考。     

局部结构简化对船体冲击响应的影响

为了研究水下远场非接触爆炸中,局部细小结构（开孔和肘板）的简化对舱段冲击响应的影响。选用某油船舱段作为模型,根据不同简化形式建立4个不同的有限元模型,进行对比分析。结果表明：在冲击响应的计算过程中．省略局部细小结构可以保证足够的精度。