卓有成效的舰艇抗爆实验室——荷兰普林斯莫里茨实验室

舰船抗爆及抗冲击是一个相当复杂的工程领域，涉及到结构力学、流体力学、弹塑性力学、断裂力学、气体热力学、计算流体力学等多种力学学科。虽然该领域的研究始于半个世纪以前，但是仍有许多理论问题尚待研究与探索；有大量的工程问题期待创新与发展。荷兰普林斯莫里茨实验室(TNO—PML)在研究舰船抗爆与抗冲击的建模及评估方面颇有建树，他们的抗冲击实验室可针对不同结构的抗爆要求配备不同的试验设备及模型，他们独创的一系列分析工具能为舰船提供平衡的抗爆设计。     

水下爆炸对舰船结构损伤特征研究综述

鱼雷、水雷等水中兵器是舰船生命力的主要威胁之一。舰船水下爆炸已成为国际上研究的热点问题,虽然,近年来在舰船水下爆炸领域取得了一系列丰硕的研究成果,但迄今为止,水下爆炸冲击波、气泡运动及其对舰船结构的毁伤机理与规律仍未被完全揭示。针对此研究现状,首先分析了水下爆炸载荷特性,总结了水下爆炸对舰船结构的毁伤特性;其次,从应用研究和科学研究两方面,概括了舰船水下爆炸实验、理论分析以及数值方法方面的研究进展,总结了在基础研究方面存在的问题,旨在为舰船抗爆抗冲击相关研究提供参考。     

空爆载荷下舰船典型结构损伤研究进展

舰船防护结构作为抵御各种战术武器攻击的有效手段,其抗爆性能直接关系到舰船生命力,一直以来受到各国海军重视并开展了广泛研究工作。本文从简单结构出发,首先介绍了舰船典型平板及加筋板架结构抗空爆冲击波载荷毁伤的研究成果;然后,评述了近年来国内外采用新型夹层结构提高舰船抗爆性能的研究现状及应用可行性;最后,对舰船抗爆结构的发展方向做了展望,可为舰船防护领域进一步开展抗爆研究及结构优化设计提供参考。     

水下接触爆炸作用下的船体板架结构毁伤研究

船体板架是舰船中最主要的结构形式,研究在水下接触爆炸作用下的船体板架毁伤过程对于舰船的抗爆抗冲击设计具有重要意义。借助AUTODYN通用软件,建立船体板架水下接触爆炸数值模型,同时运用耦合欧拉—拉格朗日算法进行计算,并与试验最终失效模式进行对比,吻合良好。分析了水下接触爆炸作用下船体板架毁伤全过程,并对船体板架破口的形成和扩展进行了分析,探讨了加强筋的破坏模式,提出了板架结构中板和加强筋破坏模式的耦合效应。通过研究,揭示了水下接触爆炸作用下船体板架的毁伤特性。     

金属夹层结构的舰船应用研究综述

金属夹层结构作为一种未来工程应用的新型结构,在舰船领域有着广阔的应用前景。立足于水面舰船背景,从金属夹层结构的基本类型、在舰船中的应用、抗爆抗冲击性能分析以及目前存在的技术难点等几个方面进行综述,发现在此领域有4个方面的问题亟待解决：应系统地开展舰用金属夹层结构的相关基础研究;需尽快系统地开展关于波纹夹芯板的相关研究;在相关基础研究的基础上,开展设计技术研究;开展大量试验研究工作,降低设计风险。     

金属夹层结构的舰船应用研究综述

金属夹层结构作为一种未来工程应用的新型结构,在舰船领域有着广阔的应用前景。立足于水面舰船背景,从金属夹层结构的基本类型、在舰船中的应用、抗爆抗冲击性能分析以及目前存在的技术难点等几个方面进行综述,发现在此领域有4个方面的问题亟待解决：应系统地开展舰用金属夹层结构的相关基础研究;需尽快系统地开展关于波纹夹芯板的相关研究;在相关基础研究的基础上,开展设计技术研究;开展大量试验研究工作,降低设计风险。     

船内爆炸载荷特性及对舰船结构毁伤研究综述

反舰导弹是水面舰船生命力的主要威胁之一。科学认识导弹战斗部船内爆炸复杂毁伤元特性及其作用规律是舰船抗爆结构设计的重要前提。但迄今为止,船内爆炸冲击波、破片群及爆炸产物的定量表征、其对舰船的毁伤机理及数学规律研究远不充分。在梳理国内现有研究成果的基础上,分析了船内爆炸载荷特性及对水面舰船结构的毁伤特性,然后分别针对船内爆炸对结构的主要毁伤过程,分别在试验、理论分析及数值仿真方面的研究进展进行了综述,总结了在基础研究方面存在的不足,提出了尚需解决的问题,旨在为舰船抗内爆结构的研究与设计提供参考。     

水下爆炸载荷作用下舰船重要设备冲击加速度预报

预报舰船设备在水下爆炸载荷作用下的冲击环境,为选择设备提供依据,利用商用有限元软件MSC.Dytran边界加载的方法对整船响应情况进行仿真。在设备和船体基座之间安装隔振设备,大大提高了设备的抗冲击能力。计算结果对舰船抗爆抗冲击设计具有一定的参考价值。     

舰船生命力技术的若干新概念

舰船生命力是舰船攻防能力的基础条件。本文扼要叙述了舰船生命力评估的新发展，包括生命力概念、基本公式、毁伤等级划分、实射试验、工程分析仿真模型、生命力实时管理系统等，对进一步开展舰船生命力技术研究具有指导意义。     

舰艇抗爆抗冲击技术现状和发展途径

抗爆抗冲击能力是舰艇生命力的重要组成部分,直接影响着舰艇战斗力的发挥,是一项影响全舰(艇)综合性能发挥的总体能力。与世界先进的舰艇相比,我国舰艇的抗爆抗冲击能力总体上比较落后,迫切需要全面提高。提高舰艇抗爆抗冲击能力需要从资源、技术和管理几个方面共同努力,其中技术提升是非常关键的一环,而技术途径对于技术工作的效率和效益具有很大影响。首先,从技术层面综述了国内外舰艇抗爆抗冲击技术和能力的现状与发展趋势,然后,分析了制约我国舰艇抗爆抗冲击水平提升的瓶颈问题,根据工作的轻重缓急程度,给出了提升舰艇抗爆抗冲击能力的技术途径建议,可为舰艇抗爆抗冲击研究、设计与评估工作提供参考。     

舰船舷侧防护结构水下接触爆炸动响应分析研究

舰船舷侧防护结构在接触爆炸载荷作用下的动响应问题是舰船抗爆抗冲击设计的重要组成部分。根据国外水面舰船防护结构形式,在某单层舷侧舰船模型基础上增设舷侧防护隔壁结构,并应用国际上通用的动力有限元程序ABAQUS对其进行水下接触爆炸系列数值仿真实验,考核舷侧防护结构对舰船抗爆抗冲击性能的影响。通过结果的对比分析发现,增设舷侧防护结构后较明显改善了船体外板的损伤情况,且防护隔壁仅发生了少量的塑性变形没有产生破口,从而达到了保护内部机舱等重要舱室的目的,并以防护结构双层隔舱内填充液体抗冲击性能最佳。     

基于TRIZ理论的舰船防护舱壁结构型式生成研究

[目的]冲击波与弹片毁伤元是舰船防护舱壁结构设计主要考虑的因素,为研究舰船防护舱壁结构概念型式的有效生成方法,[方法]采用系统化的创新问题解决理论(TRIZ)中的冲突分析方法,获得了舰船防护舱壁结构设计中的技术冲突表征,通过该理论给出的技术冲突解决原理,结合冲击动力学专业知识进行分析,[结果]构建了8个防护舱壁结构概念型式,均可实现对冲击波与弹片2种毁伤元的同时防御,在此基础上探讨了舰船防护舱壁结构概念型式生成可采用的一般性原理。[结论]研究成果可为舰船防护舱壁结构研究与设计提供参考。     

基于典型舰船结构特征的陆地靶标设计方案

[目的]舰船陆地靶标旨在为反舰导弹战斗部对舰船结构实际侵彻毁伤能力提供评判依据,目前以侵彻钢质均厚板的厚度标定反舰导弹侵彻能力。[方法]通过数值仿真,对反舰导弹侵彻典型舰船甲板板架结构的毁伤模式进行研究,得到板架毁伤模式和导弹运动规律与以往均厚板架差异较大。基于舰船板架实际破坏模式、弹道及导弹自身运动规律,同时考虑舰船材料和结构特征、动力学边界条件以及客观限制条件,提出多层舰船陆地靶标设计方案。[结果]通过对设计的陆地靶标进行数值预报,得到的靶标毁伤模式以及导弹运动规律与实际情况相近。[结论]研究表明,陆地靶标可反映导弹对水面舰船的实际打击能力以及实际毁伤效果。     

基于图像变化检测的舰船毁伤信息提取问题研究

信息化条件下,舰船毁伤效果评估对舰船毁伤信息的提取提出了更高的要求。文章对基于图像变化检测的舰船毁伤信息提取问题进行了研究,首先对舰船毁伤前后的图像进行配对,然后利用变化检测法对图像变化的纹理特征和几何特征进行检测,提取舰船毁伤评估所需要的毁伤信息。     

基于遥感图像的舰船毁伤效果评估方法研究

提出了一种基于遥感图像变化检测的舰船毁伤效果评估方法,主要包括图像预处理、舰船检测、毁伤前后目标区域提取、特征提取和分级评估五个部分。研究了目标区域提取和变化特征选取等问题,提取几何特征与纹理特征进行分级评估。基于视景仿真技术进行了舰船毁伤效果模拟,采用模拟的图像进行毁伤效果评估仿真实验。实验结果表明,该方法能有效地实现对海上舰船目标的毁伤效果评估。     

基于因子分析法的舰船抗冲击标准体系构建

以美国海军为例,依据抗冲击理论研究和数学模型分析,通过聚类分析法确定舰船抗冲击技术指标系统,应用因子分析法选取共同因子,明确标准在舰船抗冲击技术体系内的实际效用,研究舰船抗冲击设计、试验和缓冲隔振标准之间的相互关系,提出了标准的主要内容、指标设置和编制要求,构建标准体系,突破了以系统分解作为标准体系编制的传统模式,在工程实际中有效解决了标准体系内部技术指标设王重复甚至相互矛盾的突出的问题。     

接触爆炸作用下舰船箱型梁结构的止裂效应仿真分析

为研究箱型梁在舰船结构抗爆中的止裂效应,首先通过模型试验分析不同加筋对板架破口大小和裂纹扩展的影响,然后在此基础上,利用商用有限元程序MSC/Dytran对舰船箱型梁结构的抗爆止裂效果进行仿真分析。结果表明,在接触爆炸下,板架的强力构件(如特大筋)对破口大小和裂纹扩展能起到很好的限制作用;通过将模型数值计算与试验结果进行比较,验证了应用程序和计算模型参数的稳定性与可靠性;箱型梁在舰船结构抗爆中能起到很好的止裂效果,这是由于一方面箱型梁的存在对甲板边板和舷侧顶板以及两者之间的连接进行了加强,减小了甲板和舷侧外板连接处的应力,另一方面,作为舰船整体结构的强力构件,箱型梁本身就能有效阻止破口及其裂纹的扩展,从而大大降低舰船结构整体的毁伤程度。     

美国舰船概念方案设计方法发展综述

舰船的主要总体特性和功能特征是在概念方案设计阶段确定,该阶段对舰船方案的综合效能、研制风险和研制费用具有重要影响。通过分析美国舰船概念方案设计体系和方法发展特点,将其分为舰船综合模型开发、总体方案综合效能评估和总体方案综合优化3个阶段。针对舰船综合模型,归纳整理基本原理和发展历程,分析其不足;阐述基于效能、费用和风险的舰船总体方案综合效能评价体系及方法;对基于综合效能优化的舰船概念方案设计原理及应用进行系统的梳理。美国舰船概念方案设计方法的发展特点与经验对我国舰船概念方案设计体系的研究和发展具有借鉴意义。     

水下爆炸射流载荷对平板结构的冲击毁伤特性研究

建立了简化的气泡射流模型,研究射流冲击对船体板产生的毁伤效应,得出了射流速度、射流位置以及射流形状对结构毁伤的影响规律。研究发现射流冲击速度对结构的破坏具有决定性作用,射流形状对毁伤效果亦有较大影响,射流冲击位置对结构的破坏影响不大,以上结论为舰船的防爆抗爆提供了参考。     

计及水流场效应的军辅船空爆毁伤特性

为研究空中爆炸载荷对舰船结构的毁伤效果,利用Ansys对典型军辅船进行完整建模,在考虑船体周围水流场的前提下,基于LS-DYNA中的ALE算法模拟了典型舰船结构在空中爆炸作用下的响应并将之同实船实验数据进行对比分析,验证了其有效性。通过分析不同工况下典型位置的冲击响应数据及舰船结构毁伤效果云图,得出如下结论:空爆对舰船的毁伤具有明显的局部效应;强构件交界处及舱室角隅处因空爆反射波而产生应力集中,从而成为空爆中的薄弱环节;空中接触爆炸对舰船结构的毁伤效果以形成局部破口为主要形式;穿舱爆炸破坏模式受舱室容积的影响较大,距离爆源相同距离处的响应峰值有很大的不同,各层板架具有明显的滤波吸能效果。文中的计算方法及结论将为舰船抗空爆毁伤相关方面的研究提供参考。