破片尺寸对空爆冲击波及破片传播过程的影响仿真分析

  目的  对于小口径舰炮的近距拦截而言,反舰导弹战斗部空中爆炸的威力场及其对大型水面舰艇的毁伤威胁性,一直是备受关注的问题。  方法  通过理论分析和基于缩尺战斗部的弹体破碎性试验,建立“捕鲸叉”反舰导弹战斗部的空爆威力场模型。综合考虑炸点相对位置、弹体速度和飞行姿态等因素,建立毁伤载荷对舰艇的作用模型;通过典型舰艇目标的易损性分析,提出大型水面舰艇的等效靶模型。  结果  经计算分析,获得了爆炸冲击波和破片对舰艇结构、舰载固定翼飞机、舰面技术装备以及舰员的毁伤威胁距离。  结论  所建立的模型和计算方法可用于“捕鲸叉”反舰导弹近距空爆毁伤威胁性的定量分析,可为相关研究提供依据和技术支撑。     

空爆冲击波对高速破片绕流效应的仿真

为探讨空爆冲击波对高速破片的绕流效应及影响因素,采用Ansys/LS-DYNA软件建立了端部贴有预制破片的柱状TNT空爆仿真模型,结合实例分析冲击波对高速破片绕流作用特点,对比讨论破片间隙,破片尺寸和破片质量等因素对冲击波绕流的影响规律。结果表明:爆炸初期冲击波速度高于破片速度,在对破片加速的过程中,冲击波对高速破片存在绕流作用;破片间隙越大,单个破片尺寸越小,单个破片质量越大冲击波越容易对破片发生绕流;而在一定范围内破片之间间隙越小,破片尺寸越大,绕流过破片形成的冲击波强度越弱。所以爆炸初期在破片之前传播的冲击波为扰流过破片碰撞形成的冲击波,可为战斗部爆炸载荷传播特性和毁伤特性研究提供参考。     

空爆冲击波对不同形状破片的绕流作用仿真分析

为探讨空爆冲击波对高速破片的绕流效应及影响因素,采用Ansys/Ls-dyna软件建立了端部贴有预制破片的柱状TNT空爆仿真模型,结合模型分析了冲击波对不同形状的高速破片绕流作用特点,对比讨论了破片形状因素对绕流冲击波的波形、强度等载荷特性的影响规律。结果表明:破片形状会影响绕流冲击波前端的波形和作用在结构上的载荷形式,对绕流冲击波的比冲量影响不大。当质量和厚度相同时,冲击波对三角形破片的扰流能力强于圆形和正方形破片;对于方形破片,破片越瘦长,冲击波对其绕流能力越强;当破片尺寸较小时,破片形状对绕流冲击波影响不明显。     

冲击波和破片对超高分子量聚乙烯板联合作用的仿真模拟

为研究超高分子量聚乙烯板在爆炸冲击波和破片侵彻联合载荷作用下的破坏及响应,采用LS-DYNA数值仿真的方法来模拟爆炸产生的冲击波及破片群作用到靶板上的过程,通过改变爆炸距离、载荷形式和靶板厚度等因素,得到在不同条件下靶板变形破坏的结果.其模拟的结果表明:相比于冲击波或破片群的单一载荷作用,联合载荷作用对靶板的破坏能力更强;在联合作用下,随着爆距的增加,靶板的整体弯曲变形和破坏程度减小,靶板的破坏模式由开始的集团冲塞破口转为穿孔破口和撕裂破口共同存在,直至只存在穿孔破口;在联合作用下,随着靶板厚度的增加,破片群穿透靶板的剩余速度逐渐减小,速度衰减率增大,靶板抵御破片侵彻的能力提高,但仅改变靶板厚度对整体变形及破坏模式的影响并不明显.     

冲击波和破片联合作用下I型夹层板毁伤仿真

基于非线性有限元软件LS-DYNA,通过在TNT炸药底部布置预制破片模拟战斗部爆炸产生的冲击波与破片联合作用载荷,计算3种TNT炸药当量下I型夹层板的毁伤响应,分析冲击波单独作用及冲击波与破片联合作用下I型夹层板失效模式的差异,研究夹层板芯层配置以及上、下面板厚度配置对其失效模式的影响,并与等效实体板的抗毁伤性能进行对比。同时,从吸能的角度分析不同载荷工况下I型夹层板的吸能特性。数值仿真结果表明:在冲击波与破片联合作用下,结构的毁伤程度远大于冲击波单独作用时;当载荷强度较小时,I型夹层板的抗毁伤性能优于等效实体板;载荷强度、载荷类型(冲击波单独作用或冲击波与破片联合作用)及上、下面板厚度配置对I型夹层板的失效模式有较大影响;从吸能特性来看,在冲击波单独作用下,上面板和芯层是主要的吸能构件,而在冲击波与破片联合作用下,上面板和下面板是主要的吸能构件。     

舰船舱内空爆数值仿真方法研究

利用 Ansys/LS-DYNA 动力分析软件模拟大型水面舰船在舱室内部爆炸情况下船体结构的加速度响应情况。炸药及空气采用欧拉网格,船体结构采用拉格朗日网格,计算采用多物质ALE算法。数值模拟中对爆炸环境进行简化,以附连水质量代替水线面下方水介质对船体结构的影响。将不同尺寸网格计算出的冲击波载荷曲线与经典经验公式对比,得到数值仿真的合理网格尺寸。采用简化模型讨论2种边界约束条件对各层平台加速度峰值响应的影响,得到较为合适的约束条件。计算得到沿船长方向船体结构加速度分布并与实验结果相比较,数值仿真计算得到的加速度峰值与实验数据较为吻合,表明仿真中对于空爆载荷及约束条件等冲击环境的模拟合理。     

舰船舱内空爆数值仿真方法研究

利用Ansys/LS-DYNA动力分析软件模拟大型水面舰船在舱室内部爆炸情况下船体结构的加速度响应情况。炸药及空气采用欧拉网格,船体结构采用拉格朗日网格,计算采用多物质ALE算法。数值模拟中对爆炸环境进行简化,以附连水质量代替水线面下方水介质对船体结构的影响。将不同尺寸网格计算出的冲击波载荷曲线与经典经验公式对比,得到数值仿真的合理网格尺寸。采用简化模型讨论2种边界约束条件对各层平台加速度峰值响应的影响,得到较为合适的约束条件。计算得到沿船长方向船体结构加速度分布并与实验结果相比较,数值仿真计算得到的加速度峰值与实验数据较为吻合,表明仿真中对于空爆载荷及约束条件等冲击环境的模拟合理。     

化学品船液货舱泄爆过程参数仿真分析

为了掌握化学品船发生液舱爆炸时的冲击波传递规律,对某发生液舱爆炸事故的海损船舶进行了仿真分析,通过结构的破坏范围和破坏形式等方面的对比验证了仿真方法的准确性,进一步研究了压力对结构破坏形式的作用,确定了结构的危险区域。对目标船的货舱口大小和泄爆口与爆源相对水平位置两个参数进行了多工况对比分析,掌握了发生液舱内爆时的载荷泄爆的传播规律,对化学品船结构抗爆设计具有指导意义。     

冲击波和破片联合作用下舱段毁伤效应分析

为了研究冲击波和破片联合作用下船舶舱段的毁伤效应,首先在ANSA中建立舱段的有限元模型,设定材料模型、模拟舷侧破口、建立战斗部模型和耦合模型;之后在AUTODYN中对比分析了爆炸冲击波单独作用以及冲击波、破片联合作用2种情形下,船舶舱段的舱内爆炸载荷特性、舱室结构等效塑性应变及位移等数值结果的差异。结果表明：考虑冲击波和破片的联合作用时,冲击波压力曲线的前期趋势与冲击波单独作用下大致相同,但由于冲击波从破口发生泄漏,舱室内压力会较早达到准静态压力状态。同时,爆炸当舱的更多区域出现了大破口,毁伤主要表现为角隅大塑性变形以及边缘大面积撕裂,甲板和舷侧的最大位移和等效塑性应变也较冲击波单独作用大得多。     

点蚀损伤钢板在空爆冲击波载荷作用下的动态响应研究

为探讨固支点蚀损伤钢板结构在空爆冲击波载荷作用下的动态响应,利用有限元分析软件Ansys/LSDYNA,开展了空爆冲击波对固支点蚀钢板板的毁伤作用数值模拟计算,探讨了点蚀损伤深度、点蚀损伤分布密度及点蚀损伤分布位置对固支钢板结构在空爆冲击波载荷作用下动态响应的影响。结果表明,点蚀损伤深度、点蚀损伤分布密度均对板的动态承载能力有较显著影响,而点蚀损伤分布位置则影响非常小。     

破片与冲击波对舰船板架的耦合毁伤效应试验研究

为研究舰船板架在破片与冲击波耦合作用下的变形及破损,开展了舰船板架在两种非标准圆柱形战斗部爆炸载荷作用下的毁伤效应试验。结果表明,光板在破片与冲击波耦合作用下的主要破坏模式有两种:花瓣弯曲破坏和拉伸断裂破坏。针对文中试验模型,当比例距离小于0.3时,光板出现了典型的花瓣弯曲破坏;比例距离处于0.3～0.6之间时,光板出现了典型的拉伸断裂破坏;比例距离大于0.6时,破片与冲击波耦合作用不明显。弹孔在冲击波作用下极易发生连接并形成花瓣大开口;加筋板上的筋在受到耦合载荷作用下容易出现一定程度的侧倾、弯曲和鼓起变形,但并没有断裂。     

化学品船液货舱泄爆过程的参数仿真

为了掌握化学品船发生液舱爆炸时的冲击波传递规律,对某发生液舱爆炸事故的海损船舶进行仿真分析,通过对结构的破坏范围和破坏形式等方面进行对比验证仿真方法的准确性,进一步研究压力对结构破坏形式的作用,确定结构的危险区域。对目标船的货舱口大小和泄爆口与爆源相对水平位置两个参数进行多工况对比分析,掌握发生液舱内爆时载荷泄爆的传播规律,对化学品船结构抗爆设计具有指导意义。     

泄爆薄板厚度对舱室破坏及舱内载荷影响的数值仿真

[目的]为了研究DDG 1000驱逐舰所采用新型舷侧泄爆结构中泄爆薄板厚度对泄爆效果的影响,[方法]首先,通过实验数据验证仿真方法的可靠性;然后,运用有限元分析软件建立泄爆舱室的仿真模型,分析薄板泄爆结构的泄爆原理,研究不同薄板厚度下舱室破坏及舱内载荷的变化情况;最后,通过函数拟合,得到比冲量和挠度随泄爆薄板厚度变化的二次函数模型。[结果]结果表明:舱室的破坏失效最先发生在薄板和舱壁的连接处,并逐渐向舱壁边角扩大,且薄板厚度越小,越容易形成泄爆口;泄爆口的形成表现为薄板整体飞出舱体;泄爆结构的存在对初始冲击波超压的影响不大,但能有效降低舱内的准静态压力和比冲量;造成防护舱壁变形的主要因素是前期的初始冲击波和反射冲击波,而造成防护舱壁最终破坏的主要因素是长时间作用的准静态压力。[结论]研究结果可为舰船舷侧舱室等结构开展泄爆设计提供一定的参考。     

反舰导弹战斗部近距空爆的毁伤威胁性分析

[目的]对于小口径舰炮的近距拦截而言,反舰导弹战斗部空中爆炸的威力场及其对大型水面舰艇的毁伤威胁性,一直是备受关注的问题。[方法]通过理论分析和基于缩尺战斗部的弹体破碎性试验,建立"捕鲸叉"反舰导弹战斗部的空爆威力场模型。综合考虑炸点相对位置、弹体速度和飞行姿态等因素,建立毁伤载荷对舰艇的作用模型;通过典型舰艇目标的易损性分析,提出大型水面舰艇的等效靶模型。[结果]经计算分析,获得了爆炸冲击波和破片对舰艇结构、舰载固定翼飞机、舰面技术装备以及舰员的毁伤威胁距离。[结论]所建立的模型和计算方法可用于"捕鲸叉"反舰导弹近距空爆毁伤威胁性的定量分析,可为相关研究提供依据和技术支撑。     

阻抗孔尺寸变化对水力过渡过程的影响

阻抗式调压室因对室内水力性能具有较强的敏感性,而被广泛运用到水电站工程中。选择合理的阻抗孔尺寸对于充分发挥阻抗式调压室水力性能具有重要的意义。根据调压室规范给定的阻抗式调压室阻抗孔尺寸的选择准则,采用特征线法结合FORTRAN语言编写程序,通过对比分析出不同的阻抗尺寸对调压室隧洞末端、调压室涌浪水位、蜗壳末端压力三者的影响。研究发现阻抗孔尺寸变化对调压室隧洞末端、调压室涌浪水位、蜗壳末端压力都有影响,但是影响效果不同,可并观察发现一定同时存在一个合理的阻抗孔尺寸使得阻抗式调压室水力性能达到最优状态。     

冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟

  目的  随着现代舰船技术的不断发展,以及对船体自身抵抗反舰武器打击能力的要求不断提高,复合材料广泛应用于舰船防护结构中。为探究舱室内爆过程中凯夫拉材料防护结构的抗爆性能,  方法  在建立含多层甲板的实船舱段有限元模型的基础上,在两甲板之间建立舱室结构模型,并在其围壁内铺设凯夫拉材料装甲防护结构,计算舱室内爆过程中凯夫拉材料装甲防护结构的动态响应及毁伤。为正确模拟凯夫拉材料各向异性材料的属性特征,采用实体单元建立装甲防护层,对围壁上单元节点与凯夫拉材料单元节点采用tie约束,以保证节点共同运动。  结果  结果显示,未采用防护材料的舱壁在爆炸冲击载荷下发生了完全撕裂破坏,而采用了防护材料的舱壁只在冲击波正对位置发生了局部撕裂破坏。  结论  通过对比分析舱内不同起爆位置、在有/无凯夫拉材料装甲防护结构条件下的舱室毁伤特征,可为舱室的抗爆防护设计起到一定的支撑作用。     

破片与冲击波对固支方板的耦合毁伤效应数值研究

为探索固支方板在破片与冲击波耦合作用下的典型破坏模式及临界转换条件,采用耦合的SPH-FEM方法数值模拟靶板在破片与冲击波耦合作用下的破坏过程。结果表明:(1)耦合载荷作用下靶板的损伤模式主要分成两种,模式I:花瓣弯曲破坏;模式Ⅱ:拉伸断裂破坏。模式Ⅱ还可细分为两种,模式Ⅱa:板边界产生塑性变形,中心产生拉伸断裂破坏;模式Ⅱb:板边界和中心均产生拉伸断裂破坏。(2)模式I和模式Ⅱa之间的临界i*(无量纲冲量)值约为0.88;模式Ⅱa与模式Ⅱb之间的临界i*值约为0.64。(3)靶板的破口面积并不是随着i*的增大而增大,当i*=0.71时,破口面积达到最大值,约为抗爆有效面积的68%。     

冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟

为探讨固支方板结构在爆炸冲击波和高速破片联合作用下的变形破坏特点及规律,利用有限元分析软件ANSYS/LS -DYNA开展冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟计算,阐述装药驱动预制破片的运动过程,分析冲击波载荷和破片载荷以及钢板在联合载荷作用下的变形破坏模式,并与试验进行对比。结果表明,数值计算结果与试验结果较为吻合;炸药底部中心处预制破片的初速最高,边缘处最低;在试验工况下,冲击波先于破片作用于结构,破片群总动能远大于爆轰产物及冲击波传递给结构的动能,破片群是造成钢板中心出现冲塞破口的主要因素,应作为防护结构的主要设计载荷。     

空爆载荷下U型夹层板抗爆性能数值仿真研究

力学性能优越的夹层板结构在飞机、高速列车等交通运输领域得到广泛应用.为研究U型夹层板空爆载荷下的损伤特性,利用有限元软件MSC.Dytran分析U型夹层板空爆载荷下的损伤变形模式、耦合力、结构位移、速度、加速度、吸能,并与加筋板架对比;应用正交试验设计方法分析结构参数对抗爆性能的影响程度及较优的尺寸组合.分析表明:冲击载荷下U型夹层板上下面板的变形模式为膜拉伸,产生波浪式变形;夹芯层易于压皱变形,减少了对上面板冲击载荷的传递,同时夹芯层吸能效率较高,使得上面板的塑性变形显著减小;夹层板上下面板位移、速度、加速度、吸能均小于加筋板,表现出优良的抗爆性能.结构参数对夹层板抗爆性能影响程度的主次顺序为:夹芯角度、上面板厚度、夹芯壁厚度、下面板厚度;经验证,优化尺寸后的夹层板抗爆性能显著提高.