水下爆炸荷载作用下水面舰船设备冲击环境预报方法研究

利用MSC.DYTRAN有限元软件,采用冲击谱的描述方法,以舰艇结构加速度响应作为输入,对大型舰船设备在水下爆炸荷载作用下的冲击环境进行数值仿真。在分析该类型舰船设备冲击环境特点的基础上,通过对不同爆炸冲击因子作用下数值仿真结果的对比分析,归纳出爆炸冲击因子与设备冲击环境关系,并给出水面舰船设备冲击环境的预报公式。该预报公式计算结果与采用有限元方法得到的数值计算结果吻合良好。     

浅层水中爆炸载荷作用下舰船动态响应及设备冲击环境研究

以MSC/Dytran为平台,对浅层水中爆炸载荷作用下舰船结构的动态响应及设备冲击环境进行了研究。在对4种不同水底介质的浅层水中爆炸冲击波研究的基础上,模拟了偏恶劣的绝对刚性水底条件下浅层水中爆炸时某舰的动态响应,再以舰船主机为对象、以结构加速度响应为输入对舰船设备冲击环境作进一步分析,并以无限水深情况下的舰船响应和设备冲击环境为参照,对水底反射波的影响规律做了一些初步的探讨。     

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。     

水下非接触爆炸载荷下双层底结构单元抗冲击性能研究

舰船结构水下非接触爆炸的动态响应研究是舰船生命力评估的基础。基于普通双底结构,设计了3种新式的X型、Y型双底单元和Ⅰ型双层底结构单元,分析了4种结构在200 kg TNT炸药不同爆距冲击波载荷作用下的损伤变形特征,运动响应以及结构的吸能特性。结果表明,X型、Y型单元吸收较少能量,尤其内底板吸收能量少,应变、冲击速度和加速度响应值也小,内底板更安全。Ⅰ型单元外底板的变形和应变小,其安全半径约为15 m,其余3种单元安全半径都约为20 m。4种结构临界半径都小于10 m。     

水下爆炸环境中舰船浮筏装置冲击响应研究

针对舰船所面临的水下爆炸冲击环境,研究了船用柴油发电机组的隔振浮筏系统对于水下爆炸冲击的响应特性.通过建立带有设备以及隔振系统的舰船结构连同周围水介质的有限元分析模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了水下爆炸冲击波在水中的传播及其对船体的流固耦合作用,研究了柴油发电机组、浮筏筏体以及设备基座在爆炸冲击下的动态响应.文中着重分析了不同爆炸冲击因子对船体与浮筏结构的冲击响应的影响,探讨了提高舰船设备抗冲击性能的途径.     

水下爆炸作用下箱型梁舰船冲击环境数值研究

舰船的冲击环境研究是舰船抗爆炸抗冲击设计的基础。箱型梁作为新型甲板结构,势必会从结构形式和总布置2个方面改变舰船刚度和质量的分布,从而改变了舰船的冲击环境。本文通过数值仿真技术,建立箱型梁结构舰船水下爆炸模型,运用冲击响应谱分析方法对箱型梁舰船结构冲击环境进行研究,将箱型梁舰船冲击环境特性与母型船进行对比,并将箱型梁内外冲击环境特性进行描述,得出箱型梁-舰船冲击环境特性规律,对箱型梁舰船抗水下爆炸冲击设计有一定的参考意义。     

非接触水下爆炸舰船结构响应分析

军舰以及实施水下爆破任务的舰船不可避免要遭受水下装药爆炸的冲击载荷,舰船上人员与设备要承受由此带来的强冲击.确定舰船遭受水下爆炸引起的冲击环境,对舰船人员和设备的防护都有指导作用.针对3 000 t级水面舰船,应用Abaqus有限元软件建立舰船有限元模型,计算了距舰船水平距离60 m,装药水深60 m,1000kgTNT当量装药水下爆炸,舰船的冲击环境.得到的舰船典型部位结构的速度响应数值合理,规律正确,得到的舰船冲击环境可以指导舰船人员及设备的冲击防护设计.     

水下爆炸作用下船舶结构与燃气轮机动态响应的数值研究

本文对水下爆炸作用下舰船结构及燃气轮机结构冲击响应进行了数值研究.首先,基于CEL方法建立了近自由面水下爆炸流固耦合动力学模型.然后结合燃气轮机-船体一体化仿真分析方法,对不同水下爆炸工况下的舰船结构冲击环境,以及燃气轮机冲击损伤特性进行了评估分析,总结了工况参数对燃气轮机冲击响应特征的影响规律,旨在为舰用燃气轮机抗冲击设计提供技术参考.     

爆破型鱼雷与目标交会条件研究

为深入开展爆破型鱼雷战斗部毁伤效能研究和水面舰船结构防护设计,研究爆破型鱼雷的2种攻击模式,以及在不同模式下的雷目交汇条件。结果表明:在舷侧接触爆炸模式下,雷目交汇条件主要考虑爆炸部位(船首、船中、船尾);老式直航鱼雷攻击水面舰艇时,接触爆炸在船首、船中、船尾部位呈均匀分布;现代智能鱼雷爆炸部位应以目标舰船中后部居多;在船底近距离非接触爆炸模式下,雷目交汇条件则主要考虑爆炸部位、爆炸深度和攻击角度。     

水下爆炸作用下船底液舱动态响应的仿真分析

针对水下爆炸作用下舰船底部液舱的动态响应,采用数值方法进行研究。借助有限元程序ABAQUS对1个简单液舱板架结构模型的动态响应进行数值仿真分析,比较了空舱、满载液舱、半载液舱和单层底这4种情况,分析了各层板中点处的压强、应力及加速度等动态参数。结果表明,半载液舱的防护效果最好,能同时缓解水下爆炸对外底板和内底板的冲击作用。     

蜂窝夹层板的优化设计分析

夹层板结构是近代发展起来的一种比较先进的结构形式,具有比强度高、比刚度大等特点。为优化夹层板的抗冲击性能,以某船底部板架单元为基础,在保证夹层板总质量和主尺寸与原板架相同的前提下,建立4组六棱柱蜂窝夹层板模型,其中每组夹层板的夹层质量各不相同。首先利用有限元软件ABAQUS模拟夹层板在冲击波载荷作用下的响应,对比夹层板的结构损伤并筛选出每组中结构损伤最小的夹层板板型,然后从能量吸收的角度分析夹层板的抗爆抗冲击性能,得到一种优化的夹层板模型。     

加筋圆柱壳水下爆炸动响应数值模拟

圆柱壳是潜艇和海洋工程结构物广泛采用的结构单元,研究其水下爆炸动响应有助于深入了解圆柱壳结构的失效规律和机理,对于提高潜艇的生命力和战斗力有着重要的意义.本文首先研究了采用ABAQUS软件的水下爆炸载荷模型和计算参数的选取范围,然后选取加筋圆柱壳舱段为研究对象进行水下爆炸数值模拟,计算得出基座的冲击环境与试验数据吻合良好.本文进一步对圆柱壳在水下爆炸条件下的动响应规律进行了研究,得出了结构不同部位冲击动响应和冲击环境,并对不同部位冲击环境的差异进行了分析,得出了复杂圆柱壳结构在水下爆炸作用下的动响应和冲击环境规律.     

双燃料船机舱火灾爆炸故障树分析（英文）

In recent years, China's increased interest in environmental protection has led to a promotion of energy-efficient dual fuel(diesel/natural gas) ships in Chinese inland rivers. A natural gas as ship fuel may pose dangers of fire and explosion if a gas leak occurs. If explosions or fires occur in the engine rooms of a ship, heavy damage and losses will be incurred. In this paper, a fault tree model is presented that considers both fires and explosions in a dual fuel ship; in this model, dual fuel engine rooms are the top events. All the basic events along with the minimum cut sets are obtained through the analysis.The primary factors that affect accidents involving fires and explosions are determined by calculating the degree of structure importance of the basic events.According to these results, corresponding measures are proposed to ensure and improve the safety and reliability of Chinese inland dual fuel ships.     

A numerical study of whole ship structural damage resulting from close-in underwater explosion shock

There are quite a few researches on far-field underwater explosion and contact underwater explosion. However, few studied the close-in non-contact underwater explosion. In this paper the numerical simulations on the deformation and rupture of a rectangular plate and a stiffened plate are conducted, respectively. The simulation results are close to the failure modes shown in the tests. The limit of acoustic–structure coupling method is also pointed out. Then a full-scale surface ship subjected to underwater shock is presented using the same method. The damage evolution process is studied and three damage modes of the whole ship are specified according to the standoff distance. All of these results can be reference to the research of close-in non-contact underwater explosion.     

Fault tree analysis of fire and explosion accidents for dual fuel (diesel/natural gas) ship engine rooms

In recent years, China’s increased interest in environmental protection has led to a promotion of energy-efficient dual fuel (diesel/natural gas) ships in Chinese inland rivers. A natural gas as ship fuel may pose dangers of fire and explosion if a gas leak occurs. If explosions or fires occur in the engine rooms of a ship, heavy damage and losses will be incurred. In this paper, a fault tree model is presented that considers both fires and explosions in a dual fuel ship; in this model, dual fuel engine rooms are the top events. All the basic events along with the minimum cut sets are obtained through the analysis. The primary factors that affect accidents involving fires and explosions are determined by calculating the degree of structure importance of the basic events. According to these results, corresponding measures are proposed to ensure and improve the safety and reliability of Chinese inland dual fuel ships.     

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。     

水下爆炸冲击波产生的区域空化效应二次加载的并行数值研究

船舶等水面结构受到水下爆炸作用时,其附近水域会产生空化现象,包括局部空化和区域空化。以某水面船为对象,数值模拟了该船受水下爆炸作用时的动态响应。比较了考虑空化效应和不考虑空化效应下船体结构的不同响应,分析了区域空化效应对此船的二次加载作用,二次加载引起的加速度峰值与冲击波引起的加速度峰值在同一量级上。使用高性能计算机并行计算比较了不同流体网格密度模型的计算结果。结果对比显示,为了更精确地模拟空化效应及其对结构的影响,加密水域网格是必要的。     

多种破坏因素下舰船电力系统三维战损综合评估

分析武器攻击产生的4种主要破坏因素对设备的损伤机理,对船体和电力系统进行三维数字建模,采用Matlab编程进行蒙特卡罗模拟多种常规武器攻击。考虑多种破坏因素,提出武器多次命中时电力系统各部分损伤概率和损伤等级的计算方法。利用层次分析法确定权重,综合评估电力系统的损伤,提出电力系统的设计及防护建议。