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。     

带壳有隙TNT炸药包的水下爆炸

裸炸药和有壳炸药空中爆炸的对比研究相当多,并且有了一致的结论;但对于水下带壳药包的爆炸少有研究,水中兵器水下爆炸破坏力都采用裸药的533公式.本文研究了这样的问题,并也研究了当柱形装药与壳体间留有间隙的情况.结论是水下爆炸时采用裸药的公式来计算一次冲击波峰值压力会带来一定的偏差,并且留有间隙虽然削弱了一次冲击波能量,但并不见得明显地增大了气泡脉动能量.     

水下爆炸载荷参数对舰船结构动响应的影响

采用数值方法对某典型水面舰船全船结构动响应进行研究,并分析了不同水下爆炸载荷的参数对舰船结构动响应的影响。计算结果显示,在相同炸药量不同爆距时,舰船结构响应随爆距增加呈指数衰减;在相同爆距不同炸药量时,舰船结构响应随炸药量增加近似呈抛物线增加。     

胶质炸药无限水域爆炸能量分布试验研究

通过水中爆炸试验,测试了某种胶质炸药在无限水域中爆炸时的压力,根据测试结果,依据相关理论分析了胶质炸药在无限水域爆炸时其气泡能量和冲击波能量的分布规律和特点。试验结果表明胶质炸药水下爆炸的能量分布比例介于TNT和一般工业炸药之间,其气泡能量的分布非常集中,而冲击波能量则表现得极其发散。     

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。     

岷江龙溪口水下岩体钻爆的爆破能量特征研究

为研究岷江龙溪口水下岩体钻爆的破岩效率,建立动力有限元模型,对比水与空气耦合介质对爆炸能量传递效率的影响,分析露天与水下爆破中岩体动力响应与能量特征。结果表明,水耦合装药条件下爆炸传入岩体的爆破能量和传递效率大于空气耦合装药条件,可见水介质耦合可以增强破岩效果。在水耦合装药条件下,覆水条件对初始阶段爆炸应力波的传播不存在影响;当压缩应力波从自由面反射后,露天水耦合爆破的单元动能以及内能较大,说明在水下爆破中与自由面接触的水介质抑制了岩体的运动并吸收了部分爆破能量。水下爆破需要增加炸药单耗才能获得露天水耦合同样的爆破效果。     

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.     

水下爆炸压力时频分布的小波包分析

为了对舰船结构和设备的冲击环境进行研究,提出了基于小波包分析的水下爆炸压力时频分析方法.研究了短时非平稳水下爆炸压力实验测试信号的时频分布和能量分布规律,从水下爆炸压力时域信号中提取出冲击波,首次和二次气泡脉动压力信号,分析了它们在不同频带的能量分布规律.结果表明,基于小波包的时频分析方法可以提取水下爆炸压力不同时段的信号进行能量和频率分析,水下爆炸压力中以低频成分为主的气泡脉动压力产生的能量接近总能量的一半,是使安装频率为数十赫兹的舰船设备产生冲击振动的主要能源.     

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。     

水下爆炸冲击波作用下船体舱段变形试验研究

对舰船实尺度舱段在水下爆炸载荷作用下的船底板架变形进行了试验研究及理论分析。以舱段在水下爆炸的试验现象及结果为基础,通过平板模型求解药包在水下任意位置爆炸时舱段的刚体运动特性,以冲击波的入射能减去舱段刚体运动动能作为船底板架的弹塑性变形能,利用能量法,对船底板架应用薄板的大挠度弯曲理论进行局部变形求解。试验结果及理论分析表明:舱段模型在水下爆炸过程中会产生较大的刚体运动,船底外板变形区域主要集中在纵桁和实肋板交叉的板格内,理论求解的板格最大变形与试验结果较为一致。该文结果可对船体外板变形计算及局部强度考核提供数据及理论的参考。     

船舶结构的搁浅数值仿真研究

文章用数值仿真法研究了船舶结构搁浅中的内部力学问题,分析了典型双层底结构的损伤变形、受力和能量耗散结果。研究表明,损伤变形集中于搁浅的区域,搁浅力学问题主要考虑局部的船体结构;肋板的存在显著地增加船底结构的抗搁浅能力,使礁石的垂向贯入量会略有减小;当纵桁远离搁浅区域时,它的吸能能力无法发挥,抗搁浅作用明显削弱。     

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。     

非药式水下爆炸冲击波特性数值模拟研究

非药式水下爆炸冲击波模拟实验可以克服炸药式水下爆炸耗费大、危险性高等困难,对研究水下爆炸冲击波载荷作用下舰艇的动态响应与损伤具有重要意义。本文运用实验与仿真相结合的方法对非药式水下爆炸冲击波特性进行了研究,分析了不同飞片质量、速度及活塞质量对冲击波载荷强度和衰减时间常数的影响规律,建立了预测非药式水下爆炸冲击波初始峰值和初始冲击波衰减时间常数的经验公式。结果表明：水下爆炸初始冲击波峰值与飞片的初始撞击速度成正比,与飞片及活塞的质量无关。初始冲击波的衰减时间常数仅随飞片和活塞质量的改变而改变,飞片的初始撞击速度对其无显著影响。     

水下爆炸作用下对称结构船体梁整体损伤特性研究

基于相似原则设计了全封闭对称结构船体梁模型,将TNT炸药置于模型中部正下方爆炸,通过改变爆距和药量来研究梁模型在水下近距非接触爆炸作用下的整体损伤特性,比较爆炸气泡运动对梁结构造成的中垂和中拱弯曲损伤作用,探索近距条件下炸药爆炸造成梁发生整体损伤变形时的高效攻击方式。研究发现:在近距非接触爆炸作用下,当爆炸气泡脉动频率与梁一阶湿频率相近时,水下爆炸气泡对梁结构造成的损伤作用以中垂弯曲为主,且爆径比越小,中垂损伤作用越明显;若爆径比不变,随着药量的增大,梁的整体损伤模式会由中垂弯曲向中拱弯曲转变;一定爆距范围内,炸药在远距离多次爆炸比近距离一次爆炸所造成的梁结构中垂损伤变形要大。     

舰船舷侧结构水下抗爆试验和机理研究

通过对舰船舷侧结构模型进行水下接触爆炸试验的破损情况的观测分析,研究了舰船舷侧结构在水下接触爆炸载荷作用下的破坏机理,分析了舰船舷侧典型防护结构的破坏模式.利用能量原理计算了舰船舷侧各层防护结构在不同破坏模式下的吸能率,从而揭示了舰船舷侧结构的抗爆机理,为其抗爆设计提供了理论参考.     

开孔对潜艇结构冲击损伤的影响

水下爆炸是一个复杂的能量转换过程,结构在受到水下爆炸载荷作用时会出现不同程度的损伤。本文针对开孔壳体结构在水下爆炸作用下的冲击响应进行研究,基于动塑性流固耦合方法,考虑冲击波及气泡脉动的联合作用,以声固耦合法为基础,利用Abaqus大型有限元软件模拟水下爆炸载荷对开孔圆柱壳体结构的作用,实现了流体与结构之间的耦合求解,并分析了不同开孔形式的圆柱壳体在冲击载荷作用下的动响应。通过观察典型部位的PEEQ云图和对典型部位塑性变形进行定量分析,得到方孔的应力集中现象最明显,纵缝式流水孔有较强的抗冲击性能等结论,对工程应用起到一定的参考作用。     

复合材料舰船典型舱段在水下爆炸载荷下的动力响应

分析了水面舰艇典型舱段在水下爆炸载荷下的动力响应。用ANSYS建立了典型舱段的四分之一模型,用LS-DYNA计算观察了结构的应力云图以及典型单元处的应力随时间的变化。分别设置船体结构材料为正交各向异性的复合材料和钢材料,且使两种情况下船体分段的重量相当,比较了不同材料船体相同位置的应力大小。改变炸药量的大小,计算水中不同距离处的冲击波峰值压力,并与由经验公式计算的结果作了比较。     

水下爆炸条件下自由场压力载荷时频特征分析

在舰船结构水下爆炸试验中,为了研究水下爆炸条件下水中自由场压力载荷的时频特征,针对某水下爆炸试验自由场压力测试试验数据,基于小波分析对信号进行时频特性分析,得到水中自由场压力信号的时频分布和能量分布状况。分析结果表明:针对水下爆炸自由场压力载荷,基于小波分析技术对其时频特征进行分析,可得到水下爆炸自由场压力载荷所包含的频率信息、强度信息以及不同频段下的载荷持续作用时间等信息;另外,可对冲击波、滞后流和二次压力波这3个不同信号阶段进行频段与能量统计分析;在不同频段上对冲南击信号的能量进行统计发现,冲击波阶段在8 k Hz以下频段集中了超过90%的能量,其中4 k Hz以下频段的能量最大,在滞后流和二次压力波阶段,需特别重视250 Hz以下的低频段对船体结构及设备的影响,该结果对舰船结构及设备的抗冲击防护具有借鉴意义。     

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。     

水下爆炸冲击波和气泡联合作用下结构响应数值分析

结构在水下爆炸作用下会产生严重的破坏,研究水下爆炸作用下结构的响应特征和规律,并为舰船抗冲击设计提供参考。首先验证了ABAQUS软件模拟结构受水下爆炸载荷作用弹塑性响应的有效性和准确性。然后应用ABAQUS软件计算不同工况水下爆炸载荷作用下结构的动态响应。从应变、应力等角度考察了水下爆炸载荷对结构动态响应的影响。计算结果表明气泡脉动压力是结构产生鞭状响应和整体破坏的主要因素。