水下远场爆炸下船舶结构响应计算有限元建模方式影响分析

利用有限元软件ABAQUS,针对船舶结构和设备采用不同建模方式,建立4种水下远场爆炸载荷作用下全船结构冲击响应计算的有限元模型,对比分析船体结构局部与总体冲击响应。结果表明:船舶骨材结构与设备的建模方式对结构局部冲击响应如加速度、应力等影响很大,而对结构的总体响应如剖面弯矩等刚性安装设备采用质量点均摊的方式处理以减小建模的工作量。对于大型的弹性安装设备,需采用质量点和弹簧单元仔细建模。     

物理建模的舰船输出电流强度静电场特性分析

对电流强度静电场特性进行分析是舰船破损位置定位的重要方法之一,而目前静电场特性分析主要通过有限元法或边界元方法建立数学模型来完成,但这2种方法不但分析不准确,功耗也高。针对上述情况,提出一种新的舰船输出电流强度静电场特性分析方法。该方法首先建立一个等效源物理模型,然后利用该模型对电流强度下的舰船静电场特性进行分析,最后对分析结果验证,结果表明:电流强度越大,静电场特性越明显,且本模型与有限元法或边界元法建立的模型相比,峰值变化趋势几乎完全相同,说明分析准确性较高,但本模型功耗却相对降低了6.3 W和7.9 W。     

舰船水下爆炸数值计算方法综述

舰船水下爆炸的数值模拟可有效降低试验成本,为舰船的设计提供更为快捷和准确的指导,近年来逐步得到各国海军的重视.从远场和近场水下爆炸两个方面,对当前常用的数值计算方法进行了综述,在比较各种方法的优缺点及适用范围的基础上,对今后的发展作了展望.     

基于SPD_V3.2的船体构件建模方法研究

文章以船体构件为例,系统介绍了基于上海东欣船舶设计软件SPD_V3.2的船体平面构件的建模方法,提出了使用多种方法建立同一构件的思路。     

基于AUTODYN的水下爆炸冲击波模拟研究

为提高水下爆炸冲击波的模拟精度,基于AUTODYN程序,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,研究了网格密度、状态方程等对数值模拟结果的影响.发现要同时获得较好精度的压力和冲量模拟结果需要设置较高的网格密度;而状态方程的不同也有影响,计算结果表明,相对于多项式状态方程,SHOCK状态方程模拟中远场冲击波时更为准确.基于上述研究结果,通过设置较高的网格密度并利用SHOCK状态方程模拟了实验室小水池水下爆炸的冲击波传播情况,发现无论是峰值压力还是压力衰减趋势的模拟结果都和实验相符,说明了AUTODYN模拟冲击波传播的精确性.     

基于高性能计算的水下爆炸数值仿真

集群技术为水下爆炸数值仿真提供了强大的高性能计算平台.基于高性能计算集群系统和ABAQUS水下爆炸并行计算技术,对遭受水下爆炸的舰船缩比模型进行了性能测试和算例验证,给出了针对特定计算规模的并行计算优化方案.该文研究结果为舰船水下爆炸的高精度数值仿真提供参考.     

基于特征的机械CAD建模

特征造型是近几年发展起来的一种新的CAD建模方法,它的目的是运用计算机可以理解和处理的统一产品模型替代传统的产品设计和施工成套图纸以及技术文档,使得某一个工程项目或产品的设计和生产准备等各个环节可以并行展开。     

远场水下爆炸流场建模方法

针对远场水下爆炸中流场模型的标准化进行研究。分析流场大小对结构的低频和高频响应的影响,结果表明:流场半径取为结构半宽的4～6倍时,可确保模型具有足够的计算精度。通过对比均匀划分流场和渐变划分流场,得出:当渐变率为3时,既可保证足够计算精度,又可大大降低计算时间。     

基于SPH方法的水下爆炸初始爆轰过程研究

炸药的水下爆炸具有极大的变形和高度的非均匀特性,基于网格的数值模拟方法研究这类问题时遇到诸多困难,将最近发展起来的无网格的光滑粒子流体动力学(SPH)应用到炸药的水下爆炸初始爆轰过程的研究。从模拟结果可知,应用SPH方法能较好地预测出爆轰波的大小和形状以及在爆轰过程中的压力分布。SPH方法非常适宜处理炸药的水下爆炸极短瞬时所具有的大变形和高度的非均匀动力学的极端情形,这对进一步模拟水下爆炸过程提供了一种新的研究方法。     

有限水域水中爆炸气泡脉动的数值模拟

为研究炸药在有限水域内的气泡脉动规律,在Ansys AUTODYN程序内建立相应的计算模型,该模型考虑静水压力梯度和包括自由面、侧壁和水底在内的边界条件。以Pentolite炸药为例,计算其在Φ12 m×9.5 m爆炸水池内的水中爆炸过程,计算得到的气泡脉动周期与试验结果相吻合。基于该模型,可以计算炸药在有限水域中的气泡脉动过程,对于炸药水中爆炸气泡脉动研究具有参考价值。     

水下爆炸对船底结构毁伤效应的数值仿真

水下爆炸是毁伤舰船等水中航行器的一条重要途径,但是水下爆炸对船舶毁伤效应的试验操作复杂,理论分析也难于进行,因此应用数值仿真手段研究水下爆炸对目标的毁伤效应具有实际意义。大中型船舶均采用双层船底结构,在给定的装药量的作用下双层船底结构的破坏程度就成为了一个关注的重要问题。采用非线性动力学分析软件AUTODYN-3D研究了薄板在水下非接触爆炸作用下的力学响应并与实验进行了对比,验证了计算的合理有效。对舰船典型的双层船底结构建模,进行了水下爆炸对双层船底结构毁伤效应的数值仿真研究,给出不同的船底结构在水下爆炸作用下的响应特点。     

水下爆炸作用下加筋板结构响应的数值仿真研究

运用有限元程序MSC.Dytran数值模拟水下爆炸作用下舰船上典型的加筋板结构的响应,采用一般耦合算法模拟了流体与结构的耦合效应,在计算中考虑了材料的应变率强化效应,并将数值仿真结果与试验结果进行比较,两者吻合较好。在此基础上分析了板架的变形模式,加强筋在板架变形过程中的作用,以及板架最大塑性应变出现的位置。     

水下爆炸数值仿真

基于MSC.Dytran软件,通过一维球对称数值仿真模型,模拟了水下爆炸冲击波传递以及第一次气泡脉动过程,其计算结果与经验公式计算结果吻合较好,在此基础上讨论了网格划分方式、网格密度以及计算区域大小对计算结果精度的影响.通过一维模型与三维模型数值计算结果的对比,论证了基于一维球对称数值仿真模型,通过Remap映射技术进行三维模型数值仿真的计算方法.该方法在保证计算精度的同时较大地提高了计算效率,具有较强的工程应用价值.     

基于SPH方法的水下接触爆炸数值模拟

水下爆炸涉及的物理现象极其复杂,特别是水下接触爆炸数值模拟极为困难.文章编制了基于体积近似的修正SPH方法计算程序,成功模拟了水下接触爆炸冲击波传播和结构破坏的整个过程.文中通过模拟圆柱形装药对水中结构的破坏,发现了钢结构的破坏模式、背空钢板处冲击波的传播特性.结果表明,修正SPH方法在高密度比介质的交界面处仍能反映基本的物理过程,在解决高速、强压缩和高密度比的多相流问题时具有较大优势.该文计算结果旨在为舰船水下接触爆炸相关研究提供参考.     

水下非接触爆炸冲击下舱段模型的仿真分析

水下非接触爆炸冲击波容易引起舰船局部结构的大变形或破损。本文以舱段模型为基础,分别修改外底板板厚、增加强肋骨和龙骨数量得到了3种新的舱段结构模型。使用ABAQUS软件对各舱段水下非接触爆炸冲击下的动态响应进行仿真计算,对外板塑性变形、内底及各层甲板应力和加速度峰值进行分析和对比。结果表明：在本文的工况下,增加强肋骨数量能明显减小舷侧塑性变形;增加外底板厚度能提高舱段底部抗冲击性能;增加龙骨数量能减少船底板变形,但会增加舷侧变形及各甲板应力和加速度。     

水下爆炸条件下自由场压力载荷时频特征分析

  目的  加筋板结构参数对其抗水下爆炸性能有重要影响,需要对加强筋高度、加强筋数目、加强筋厚度等参数的具体影响进行分析。  方法  基于耦合欧拉−拉格朗日（CEL）方法开展数值模拟研究,分析加筋板结构参数对结构抗爆性能的影响。基于加强筋在水下爆炸载荷作用下的吸能规律,引入系数来表征加强筋的影响程度,提出一种考虑加强筋系数的等效厚度计算方法。  结果  对加筋板抗水下爆炸能力影响显著的3个因素分别是加强筋高度、面板厚度和加强筋厚度,翼板厚度影响较小。在结构质量改变量相同的情况下,横/纵向加强筋高度对加筋板破口面积的影响是翼板厚度的2.5倍,面板厚度和横/纵向加强筋腹板厚度对破口面积的影响是翼板厚度的2倍。随着加强筋高度、加强筋数目、加强筋厚度等参数的增加,加筋板结构强度和抗水下爆炸能力增强,损伤程度减小。采用考虑加强筋系数的等效厚度计算方法得到的相关性系数为−0.94,该方法能较好地反映加筋板抗水下爆炸的能力。  结论  研究结果可以作为舰船结构抗水下爆炸载荷评估的基础,为舰船抗爆结构设计提供参考。     

战斗部舱内爆炸对舱室结构毁伤的实验研究

  目的  为了研究箱型梁典型节点结构在舱内爆炸下的结构强度,  方法  基于ANSYS/LS-DYNA显式动力有限元软件,首先建立箱型梁船体舱段结构的有限元模型。然后,采用ALE算法开展舱内爆炸载荷下舷侧箱型梁与强横梁连接处不同型式节点结构的动态响应数值计算。最后,在给定的炸药当量和爆点位置情况下,获得舱室结构的整体变形和破坏模式,并分析在不同节点结构设计方案下典型位置的应力特征。  结果  \t\t计算结果表明：舷侧箱型梁与强横梁连接处圆弧式和肘板式节点结构的应力峰值与甲板破口尺寸基本相当;从舱壁撕裂长度来看,肘板式稍逊于圆弧式,在中间箱型梁与强横梁连接处,圆弧连接最优,单侧肘板次之,双侧肘板最差。  结论  \t\t 所得到的数值计算结果可为箱型梁节点连接结构的工程应用提供有益的参考。     

水下爆炸冲击波作用下平板塑性动力响应的数值模拟

根据流固耦合的Taylor平板理论和Cole的水下爆炸经验公式,得到了水下爆炸冲击波作用下平板迎爆面的总压力载荷,并将该压力载荷嵌入到ABAQUS程序的用户自定义载荷子程序VDLOAD中,实现了对ABAQUS的二次开发.作为验证,利用该方法模拟了水下爆炸冲击波作用下固支平板的塑性动力响应,模拟结果与试验结果吻合良好.与通用的模拟方法相比,本文所采用的模拟方法在保证较高计算精度的前提下,可以显著降低计算成本并简化建模过程,对于工程应用具有一定参考和实用价值.     

远场非接触爆炸作用下舱段模型动态响应的数值模拟

利用非线性有限元软件ABAQUS计算了舱段模型在非接触水下爆炸作用下的动态响应过程,给出了各部位的加速度时间历程,利用模型爆炸试验来检验计算的正确性,在数值计算和工程试验的基础上讨论了舱段模型在远场爆炸下的响应,此研究对舰船结构抗冲击仿真评估具有一定的参考价值.