全封闭舱内爆炸载荷作用下薄板变形研究

  目的  旨在研究舰船结构在战斗部舱内爆炸下的耦合毁伤效应。  方法  以带壳弹起爆试验验证SPH-FEM耦合数值方法的有效性,对实船舱段缩比模型起爆试验进行数值计算,分析战斗部舱内爆炸时破片与冲击波对舰船结构的耦合毁伤效应。  结果  结果显示,在战斗部舱内爆炸作用下,金属壳体产生的随机高速破片群具有特殊的空间分布特征,率先引起当舱结构的局部破坏,冲击波压力加剧了局部破坏效应,结构破口进一步对舱内爆炸冲击波的传播扩散空间产生了影响,进而对相邻结构造成毁伤。  结论  研究表明：简单地将战斗部等效为裸装药的方法不能真实反映战斗部舱内爆炸对舰船结构的毁伤效果;采用SPH-FEM耦合的数值方法能够良好地还原试验中战斗部对舱室结构的毁伤模式。     

舱室结构在战斗部舱内爆炸作用下 毁伤特性的实验研究

文章设计了典型多舱结构模型,开展了多舱结构在舱内爆炸作用下的毁伤特性实验,测量了爆炸破片和冲击波载荷,并用高速摄像机记录了爆炸毁伤过程,分析了塑性变形、毁伤模式等结构毁伤特点。结果表明:(1)舱内爆炸作用下结构受爆炸冲击波与破片群联合作用,且舱内爆炸载荷包含明显的准静态压力段;(2)紧贴战斗部的舱壁发生花瓣状破口并将压力泻到相邻舱室,较近结构受冲击波与破片联合作用效果明显;(3)加强筋较好地限制了爆炸破口,但变形梯度较大的地方易产生裂纹;(4)内爆炸作用下普通舱门是舱室结构薄弱环节,须重点关注。     

战斗部舱内爆炸对舱室结构毁伤的实验研究

为探讨舰船抗爆抗穿甲防护结构设计,利用导弹模拟战斗部进行了舱室内部爆炸模型试验,研究内爆条件下高速破片和爆炸冲击波对舱室结构的联合毁伤效应,分析舱内爆炸环境下舱室板架结构的典型破坏模式.结果表明:模拟战斗部内爆载荷作用下舱室结构的整体变形以冲击波破坏为主;战斗部破片对舱壁板架产生侵彻穿孔破坏,并在近爆区板架上形成了破口密集区域;单个破口对舱室整体结构破坏影响不大,而密集破口区在后续冲击波作用下会发生撕裂,形成大破口,影响舱室整体结构性能.该研究结果,可用于指导舰船防护结构的设计.     

Numerical calculation of coupled damage effects on ship subjected to internal blast loading of warhead北大核心CSCD

［Objective］This paper studies the coupled damage effects of a ship's structure due to the internal blast loading of a warhead. ［Methods］Blast tests with cased charge data are conducted to verify the effectiveness of the coupled SPH-FEM approach, and numerical calculations are then performed on real ship compartment scale model tests to analyze the coupled fragmentation and shockwave damage effects of an explosion in a confined cabin.［Results］The results show that the fragments caused by the detonation of the warhead will first cause local damage to the cabin structure. The shockwave will exacerbate the local damage, and blasted openings will further increase the space for the propagation and diffusion of the shockwave inside the chamber, which will in turn cause damage to the adjacent structures. The simple equivalence of the warhead to a bare charge does not give a true picture of the effect of the warhead on the ship's structure, and fragmentation plays a significant role in the detonation of the warhead.［Conclusions］The results of this study show that employing the coupled SPH-FEM numerical method to calculate the coupling damage effects on a ship's structure can accurately reproduce the warhead damage pattern in tests, thereby providing support for the improved assessment of the damage of naval structures under warhead detonation. © 2022 Chinese Journal of Ship Research. All rights reserved.     

战斗部舱内爆炸对舱室结构毁伤的实验研究

  目的  为了研究箱型梁典型节点结构在舱内爆炸下的结构强度,  方法  基于ANSYS/LS-DYNA显式动力有限元软件,首先建立箱型梁船体舱段结构的有限元模型。然后,采用ALE算法开展舱内爆炸载荷下舷侧箱型梁与强横梁连接处不同型式节点结构的动态响应数值计算。最后,在给定的炸药当量和爆点位置情况下,获得舱室结构的整体变形和破坏模式,并分析在不同节点结构设计方案下典型位置的应力特征。  结果  \t\t计算结果表明：舷侧箱型梁与强横梁连接处圆弧式和肘板式节点结构的应力峰值与甲板破口尺寸基本相当;从舱壁撕裂长度来看,肘板式稍逊于圆弧式,在中间箱型梁与强横梁连接处,圆弧连接最优,单侧肘板次之,双侧肘板最差。  结论  \t\t 所得到的数值计算结果可为箱型梁节点连接结构的工程应用提供有益的参考。     

典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性

[目的]为研究典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性,将舱内爆炸载荷分为初始爆炸冲击波载荷和准静态气压载荷,利用有限元分析软件LS-DYNA开展爆炸载荷下固支单向加筋板毁伤特性的数值模拟.[方法]主要模拟载荷冲量相等和载荷峰值相等时固支单向加筋板的变形特性,以及加筋板分别在初始爆炸冲击波载荷、准静态气压载荷及2种载荷联合作...     

舱内爆炸破片特性及其毁伤威力

运用非线性软件MSC/Dytran对反舰导弹在舰船舱内爆炸产生的高速破片载荷特性,包括破片初速、破片质量以及破片形状等进行有限元分析,并将数值模拟结果与经验公式计算值进行比较。通过破片高速侵彻一种初步设计的双层平板舱壁结构过程的动态模拟,确定破片能够穿透双层舱壁上下面板的临界质量;根据破片质量分布规律和双层舱壁结构的损伤情况,对破片的毁伤威力进行等级划分,为新型舰船舱壁结构的防护设计提供有效指导。     

舰船水下爆炸数值计算方法综述

舰船水下爆炸的数值模拟可有效降低试验成本,为舰船的设计提供更为快捷和准确的指导,近年来逐步得到各国海军的重视.从远场和近场水下爆炸两个方面,对当前常用的数值计算方法进行了综述,在比较各种方法的优缺点及适用范围的基础上,对今后的发展作了展望.     

半球头柱形导弹战斗部爆炸载荷特性试验研究

设计并制作了半球头柱形导弹战斗部模型,研究其爆炸后的毁伤载荷特性。通过试验,揭示爆炸后冲击波载荷特性,并对侧壁和端部壳体碎裂后的破片载荷特性进行比较,阐明冲击波和破片的作用次序。研究表明,在半球头柱形战斗部爆炸时,相同爆距下,战斗部侧壁处所形成的冲击波强度高于端部处约20%,侧壁壳体破碎形成的破片侵彻能力远大于端部;对于半球头柱形导弹战斗部,侧壁正对目标结构时产生的毁损威力远大于端部对准条件下的毁损威力。     

舱内爆炸载荷作用下箱型船体节点结构强度分析

为了研究箱型梁典型节点结构在舱内爆炸下的结构强度。基于Ansys/Ls-dyna显式动力有限元软件,建立LNG运输船箱型舱段结构的有限元模型,采用ALE算法开展舱内爆炸载荷下舷侧箱型梁与强横梁链接处不同型式节点结构的动态响应数值计算。最后,在给定的炸药当量和爆点位置情况下,获得舱室结构的整体变形和破坏模式,并分析在不同节点结构设计方案下典型位置的应力特征。     

舱内爆炸冲击载荷特性实验研究

  目的  为研究典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性,将舱内爆炸载荷分为初始爆炸冲击波载荷和准静态气压载荷,利用有限元分析软件LS-DYNA开展爆炸载荷下固支单向加筋板毁伤特性的数值模拟。  方法  主要模拟载荷冲量相等和载荷峰值相等时固支单向加筋板的变形特性,以及加筋板分别在初始爆炸冲击波载荷、准静态气压载荷及2种载荷联合作用下的毁伤特性,并分析上述载荷作用下加筋板的变形特点。  结果  结果表明：当作用在加筋板上的冲量相等、载荷作用时间小于0.05倍垂向一阶自振周期时,加筋板的最终挠度值处于最大值附近;当载荷峰值相同时,存在饱和冲量值,达到饱和冲量值以后,载荷作用时间不再影响加筋板的最终变形。  结论  在舱内爆炸载荷作用下,加筋板的最终变形不是2种载荷作用下的简单叠加,2种载荷的联合作用会增强毁伤效果。     

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。     

船内爆炸载荷特性及对舰船结构毁伤研究综述

  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。     

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。     

舱内爆炸载荷及舱室板架结构的失效模式分析

  目的  为探讨高速破片与空爆冲击波相互作用下冲击波与高速破片的传播规律以及速度和能量衰减机制,  方法  采用ANSYS/LS-DYNA软件建立端部贴有预制破片的柱状TNT空爆仿真模型。在破片总质量相同的情况下,改变单个预制破片尺寸,研究破片群单个破片尺寸对冲击波及破片自身传播过程的影响。  结果  结果表明,预制破片群会阻碍破片正后方冲击波的传播,较大程度地降低冲击波的强度和传播速度;在破片群总质量相同的情况下,单个破片尺寸对冲击波传播的影响差异不大;破片群的单个破片尺寸越小,破片群获得的初始总动能越高,但破片速度衰减越快。  结论  因此,在空爆冲击波和高速破片联合作用的研究中,应主要考虑爆炸产生的破片尺寸差异对高速破片载荷的影响。这一结论可为战斗部空爆载荷特性及载荷联合作用研究提供参考。     

接触爆炸载荷作用下船体板架破口大小的预测

  目的  炸药在自由场、舱室内爆炸时,载荷特征存在很大差别。  方法  模拟不同药量炸药在自由场、密闭舱室与开口舱室中爆炸的过程,并对比数值计算载荷与亨利奇公式计算结果,分析炸药在密闭舱室以及开口舱室内的载荷特征。  结果  研究表明,在密闭舱室中,冲击波在角隅处形成汇聚压力,其在角隅处的冲击波总冲量约为板架中心处冲击波总冲量的1.45倍,而开口舱室角隅处的压力并不明显;与密闭舱室相比,开口舱室的反射压力峰值与准静态压力值均较小;开口舱室的冲击波总冲量约为密闭舱室的20%;密闭舱室板架的失效模式为板架沿加强筋发生塑性变形,沿角隅发生撕裂;开口舱室角隅处并未发生撕裂,但开口边缘处发生了外翻变形;只考虑冲击波作用时,采用数值模拟方法得到的板架中心最大变形值与简化计算方法得到的值比较接近,但在同时考虑冲击波、准静态压力作用时,误差较大。  结论  研究结果可为舱室内爆载荷的特征与板架毁伤规律提供较为合理的预报。     

反舰导弹战斗部爆炸破片初速和空间分布

为了研究反舰导弹战斗部破片的毁伤能力,首先分析战斗部破片形成原理。研究破片空间分布规律,以破片运动的基本公式为出发点,采用修正后的初速理论计算。利用数值模拟方法,模拟装药弹体爆炸实验,得到了弹体侵彻靶板后,破片的空间运动过程。结果表明:由于弹体各个部位厚度不同,产生的破片初速不同,空间分布也不同;同时也说明高速破片对人员和设备有很强的杀伤作用且作用范围大。