战斗部远场水下爆炸对舰船冲击损伤评估

利用128核并行计算版ABAQUS软件对爆破型战斗部由远至近攻击舰船的5个工况进行数值模拟,给出主甲板、内底和底龙骨等重要部位的加速度响应,分析冲击因子为0.24-0.78时加速度响应的变化规律。利用实船爆炸试验测量结果对所用仿真算法进行对比验证,并提出采用相对加速度冲击因子的表征参数来评价战斗部远场水下爆炸对靶船的冲击损伤效果。研究成果可为爆破型战斗部毁伤能力评估及舰船结构抗冲击性能评估提供参考。     

水下永磁同步电机定子匝间短路电磁振动分析

电机的径向电磁力是产生电磁振动的主要原因。本文从应力方程出发,推导了永磁同步电机气隙磁通密度和磁场产生的径向力波的表达式。以一台8极48槽水下永磁同步电机为例,对正常工况下的电磁模型进行空载有限元的仿真和电磁振动的加速度分析,将正常工况下仿真与实验二者的电磁振动加速度结果进行对比,验证了其仿真结果的正确性。之后对不同匝间短路故障程度下的电磁模型进行有限元的仿真及电磁振动的加速度分析,对比不同匝间短路程度的仿真数据,得到其匝间短路故障特征量。     

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。     

雷-靶碰撞结构动态响应试验与仿真分析

针对目标靶典型结构在鱼雷撞击作用下的损伤变形及撞击过程中的动态响应设计并进行试验研究,首先利用非线性有限元仿真对2种试验工况进行预测,后续开展试验,对靶板变形模式及撞头加速度响应进行研究。结果表明,随撞击速度增加,靶板变形程度增大,加速度响应更剧烈,随靶板厚度增加,靶板变形程度减弱,加速度响应更剧烈。对比研究仿真与试验所得结果,结果表明,仿真结果与试验结果吻合程度较好,所采用的数值仿真方法能够对鱼雷撞击目标靶时结构动态响应进行准确预报。     

双壳油船碰撞损伤快速预判

从双壳油船碰撞损伤程度快速预判的作用和意义出发,结合有限元仿真软件进行大量的仿真模拟,探讨基于数值仿真的双壳油船碰撞损伤快速预判方法,阐述双壳油船舷侧内壳和外壳结构的碰撞损伤特征。绘制基于载重量7 000 t双壳油船的碰撞损伤预判图谱,并初步探索碰撞损伤程度的量化参数。双壳油船碰撞损伤仿真分析结果表明:该快速预判的方法可快速分析特定状况下各种碰撞损伤程度,在实际预判双壳油船碰撞损伤程度上具有较大的优势。     

结构损伤识别的数值模拟

为了找到一个对小损伤较敏感的参数,在结构自由振动微分方程基础上,结合损伤结构的测试数据(用有限元模型的计算结果来模拟),得到残余向量,利用广义逆和矩阵投影定理,导出了一个具有很好识别效果的参数:残余向量投影范数.从中很容易确定出损伤单元,进而计算出这个损伤单元的损伤因子即损伤程度.通过算例分析,发现该参数对结构中损伤非常敏感,能识别出结构中的微小损伤,而且不受损伤位置的约束,仅需要结构的前几阶模态就能达到很好的效果.     

水下非接触爆炸舰船动响应数值模拟

对舰船在水下非接触爆炸载荷下动态响应的研究有助于深入了解舰船失效规律和损伤机理,为舰船损伤分析与技术保障系统的建立提供良好的数据与技术支撑。本文基于视景仿真和舰船损伤仿真系统研究的需要,选取Multigen Creator和TrueGrid混合的建模方法;通过在Ansys系统中整合、重新构网生成混合计算模型,有效提高了LS-DYNA进行数值计算的精度;最后,通过模拟船体在非接触爆炸下的冲击环境,对舰船的加速度响应状况进行了数值及机理的分析。     

船舶雷达照射下人体电磁生物效应仿真

为研究船舶雷达照射条件下的人体电磁生物效应,建立人体三维模型,利用FEKO软件中的时域有限差分法进行数值模拟。计算结果表明:在船舶雷达波照射下,越靠近皮肤表面,人体各部位的电场强度、磁通密度和电磁波吸收比值(Specific Absorption Rate,SAR)越大;就人体不同部位而言,四肢部位电场强度较大,腹部磁通密度较大,头部SAR值较大;在25V/m雷达波照射下,人体各部位的SAR值随频率升高而略有提升。     

基于柔度曲率矩阵的加筋板结构损伤识别方法

为了对船舶工程中典型结构即加筋板结构的损伤部位进行准确的损伤识别分析,文章提出了一种基于柔度曲率矩阵的损伤识别方法并进行了仿真分析。首先对加筋板结构进行单元划分,以结构响应通过矩阵的列最大值来建立节点柔度矩阵,并通过二阶微分对柔度值的变化进行放大进而得到柔度曲率矩阵,最后通过柔度曲率矩阵图或者柔度曲率矩阵的行(列)曲率图来判断损伤位置。算例分析表明,该方法损伤定位准确并且具有较高的灵敏度,避免了使用原未损结构的模态参数,只需损伤结构的一阶或者前几阶模态信息就可以有效地进行损伤识别分析。通过大量模拟,给出了加筋板结构损伤的判别图。     

U型折叠式夹层板防护性能数值仿真分析

开展夹层板单元防护性能研究可为舰船防护结构设计提供指导。以某船底加筋板架为应用对象,设计出U型折叠式夹层板结构;利用MSC.Dytran对船底板架及夹层板结构在水下爆炸冲击载荷下的动态响应进行数值仿真分析,通过分析流-固耦合压力、损伤变形、速度、加速度、结构塑性吸能等性能参数,对比研究两结构的防护性能;分析夹层板在不同冲击强度下的损伤特性,面板厚度、夹芯板厚、夹芯与面板夹角、夹芯单元宽度、夹芯高度等结构参数对夹层板损伤变形、结构吸能等特性的影响。通过研究得到了U型夹层板在水下爆炸冲击载荷下的损伤特性、变形模式等,U型夹层板的防护性能明显优于传统加筋板架,夹芯层在夹层板抵抗水下冲击载荷中起到关键作用,结构参数对防护性能产生不同程度的影响。     

受侧向冲击的混凝土墩柱本构模型对比

采用ANSYS建模和LS-DYNA显式动力分析的方式,分别使用HJC、脆性损伤、盖帽和混凝土损伤等4种混凝土本构模型,对钢筋混凝土墩柱的侧向冲击过程进行仿真。从系统能量的角度验证数值计算的正确性;并将冲击过程中的冲击物块加速度和钢筋应变的历时值与试验值进行对比,进一步证实仿真计算的正确性。从各本构模型的计算结果、模拟所耗费的计算时间以及所需的参数数量等方面进行对比。     

紧急制动及紧急向前时螺旋桨绕流的大涡模拟

船舶在港口停泊或在过驳、动力定位作业过程中需要进行复杂的操纵,此时船舶需要在低速非设计工况下实现后退、紧急制动和紧急向前等运动。在这些低速操纵运动过程中,螺旋桨工作于四象限内,由此产生的侧向力会影响船舶的操纵性能。出于安全考虑,需要评估螺旋桨在四象限内的水动力性能。文章基于CFD方法模拟了螺旋桨在四象限内作业时的紧急制动和紧急向前工况,采取LES方法模拟了紧急制动和紧急向前时剧烈的非定常分离流动。对紧急制动工况进行了网格收敛性分析;所得到的推力和扭矩系数与现有的试验值进行了比较,分析了螺旋桨负荷对螺旋桨性能的影响。通过对桨叶表面的压力分布、一些典型平面上的速度轮廓和流线以及推力的频谱特性进行分析,展示了螺旋桨流动的机理。     

夹芯板抗爆性能试验与数值模拟

为了探究夹芯板抗爆性能和失效机理,开展了波纹型夹芯板外场爆炸试验研究,获得其在特定TNT炸药当量下的破坏模式和损伤程度;基于显示动力学软件构建了夹芯板爆炸试验数值仿真模型,获得了爆炸冲击波传播特性;通过模拟和试验对比分析,研究了夹芯板在爆炸载荷下的损伤过程,统计了不同部位的能量变化,并对比了夹芯板与等效均质钢板的吸能效...     

头部形状对水雷入水载荷及水下弹道影响的数值仿真分析

为了研究不同形状雷头对水雷入水过载及水雷水下弹道的影响,利用流固耦合仿真软件对半球形、锥形、斜锥形、平头半球形水雷击水问题进行数值模拟仿真研究,计算了4种不同雷头形状水雷入水时头部加速度和速度响应随时间的变化.通过研究表明,斜锥形能有效降低水雷入水时受到的载荷,对新型水雷的结构设计、引信的设计、水雷装药的安全性设计及其他元器件的抗冲击设计提供有价值参考.     

撞头形状对双壳结构耐撞性能影响分析

采用显示动力有限元软件LS_DYNA模拟双层壳结构在两种不同形状的撞头撞击下的响应,通过分析比较发现,双层壳结构抵抗球形撞头撞击的能力更强。     

基于SPH-FEM方法的舷侧与冰山碰撞结构响应

传统的有限元数值仿真对于研究高速碰撞大变形等问题具有一定的局限性，建立一套基于光滑粒子流体动力学（SPH）的水介质中小型冰山与船舶舷侧碰撞数值模拟方法，验证SPH模拟冰材料与船-水-冰耦合的合理性，对不同舷侧部位与不同冰山碰撞工况进行数值模拟，分析碰撞形状、面积和速度等对舷侧结构的应力、应变、结构损伤等的影响规律。研究表明，提出的冰山与舷侧碰撞数值模拟方法具有较高的计算精度，对冰山-船舶碰撞的研究具有重要的参考价值。     

基于柔度曲率矩阵的曲面板结构损伤识别方法

为了对船体中曲面板结构的损伤部位准确地进行损伤识别分析,提出了一种基于柔度曲率矩阵的曲面板结构损伤识别方法并进行了仿真分析.按照Kirchhoff薄板假定对板结构进行单元划分,以结构的响应重建柔度矩阵,并通过类曲率半径方法对柔度值的变化进行放大进而得到柔度曲率矩阵.算例分析表明,该方法损伤定位准确并且具有较高的灵敏度,避免了使用原未损结构的模态参数,所需损伤结构的模态少甚至只需一阶模态信息就可有效地进行损伤识别分析.     

基于LOFIX定位估算目标运动信息的算法研究

LOFIX(Low Frequency Analysis and Recording Fixing)是被动全向声纳浮标最主要的定位方法,连续多次的定位结果形成目标的运动信息数组。论文利用最小二乘多项式方法拟合出目标的运动轨迹,再通过一次和二次求导估算出目标的速度及加速度,进而得到目标较多的运动态势信息。计算机仿真表明,满足一定信噪比要求时,论文方法具有较好的精度及稳健性。     

着速和着角对水雷入水过载影响的数值仿真分析

为了研究高速水雷入水时受到的过载情况,采用流固耦合仿真软件MSC-Dytran,对水雷击水问题进行数值模拟仿真研究。分别计算了不同入水情况下雷体指定部位的加速度响应随时间的变化。仿真结果表明水,雷冲击载荷随入水速度的增大而迅速增大,入水速度是水雷受到的冲击载荷大小的主要影响因素。对新型水雷的结构设计、引信的设计、水雷装药的安全性设计以及其他元器件的抗冲击设计提供有价值参考。