水下爆炸气泡诱发舰船鞭状效应的实验研究

水中兵器攻击细长体舰船时,水下爆炸气泡诱发了舰船的鞭状效应响应。本文分析这种现状,爆炸位置分别处在船艉和船舯正直下方,并给出试验的方法和数据。     

水下爆炸气泡激起的船体鞭状运动

本文揭示了水下非接触爆炸产生的气泡脉冲缴起细长形船体鞭状响应运动的现象。考虑到了水下爆炸气泡的脉冲多次性,迁移和水面效应,计算结果与弹性船模试验结果进行了对比,符合程度令人满意。     

载荷内部子空间缩比方法在水面舰船水下爆炸鞭状响应试验上的应用

水下爆炸载荷作用下舰船结构的鞭状运动不仅受冲击波载荷的影响,而且与气泡脉动载荷密切相关.理想条件下,水面舰船鞭状响应的缩比模型试验预测必须在离心机或增压水池内进行,这样才能保证冲击与气泡载荷在整个力学空间上的一致性,这对于通常采用的大尺度模型鞭状试验来说,显然不切实际.之前,作者提出一个专门的称为载荷内部子空间的缩比模型方法(LIS Scaling Method),能够在与原型载荷条件紧密相连的特定子空间内模拟水下爆炸载荷与鞭状响应.文中将该方法用于水面舰船,通过精心设计的“原型”和“子模型”水下爆炸鞭状响应模型对比试验研究进行验证,结果表明,原型与子模型的鞭状响应通过LIS方法换算后,有非常好的一致性.此外,发现阻尼随模型鞭状响应的幅值而变化.     

水下近场爆炸下船体梁鞭状运动数值模拟

基于Ls-dyna的ALE算法,对排水量为5 890 t的船体梁在315 kg TNT水下近距爆炸下的鞭状运动进行数值模拟,分析船体梁鞭状运动过程和药深对船体梁鞭状运动的影响,探究了船体梁鞭状运动与水下爆炸气泡脉动过程在时间上的同步性。研究表明：船体梁的第一次中拱、中垂运动与炸药的第一次膨胀、收缩过程在时间上基本同步,而船体梁的后续中拱、中垂运动与炸药的后续膨胀、收缩过程在时间上稍有延迟;随着药深增大,船体梁的第二次中拱、中垂运动逐渐增大,并在时间上逐渐延迟。     

水下爆炸气泡脉动作用下细长加筋圆柱壳的鞭状响应分析

细长加筋圆柱壳是潜艇耐压壳体的主要结构,其在水下爆炸载荷之下发生的鞭状运动是潜艇结构破坏的主要因素之一.为了考察不同的因素对于细长加筋圆柱壳鞭状响应的影响,该文将圆柱壳简化为一根变截面的梁,用双重渐进近似法(DAA)描述了结构的动态变形与瞬态流场的耦合作用,从弯矩的角度的考察了水下爆炸第一次气泡脉动载荷对结构鞭状响应的贡献,总结了圆柱壳上的弯矩随潜深,爆距,爆炸方位角变化的规律.研究结果有助于进一步了解水下爆炸作用下潜艇的鞭状动响应特征,并用以改进潜艇的抗冲击设计.     

不同海况下艏部砰击及鞭状效应的试验与数值分析

为了更深入地研究船舶的鞭状效应,在拖曳水池中对某船进行了艏部砰击及鞭状效应分段模型试验研究。提出了一种可以考虑砰击力的非线性水弹性计算方法。并改进了传统的分段模型,采用变截面梁对船体刚度进行模拟以更好地接近实船。在规则波迎浪下观察到了严重的艏部砰击现象。试验数据表明,当波高从5.6m增大到21m时,由于鞭状效应原因,总弯矩相比低频波浪弯矩的增大值从24.64%增长到92.02%。最后,将不同海况下的测量结果与基于线性与非线性水弹性理论的计算结果进行了比较分析,初步验证了文中方法和程序在预报船体波浪载荷中的适用性。     

舰船水下爆炸局部气穴效应理论模型研究

在舰船遭受水下爆炸的过程中,船体水下部分的外板与水中冲击波的相互作用将产生局部气穴效应。这种效应有可能导致舰船结构和设备上的二次加载现象,造成更严重的破坏。针对水下爆炸局部气穴效应中的非线性流固耦合现象,建立简化一维冲击波—浮体—局部气穴理论模型,分析了水中冲击波与浮体之间相互作用产生局部气穴的机理,推导局部气穴产生、发展和闭合过程时间和位置的公式,为进一步研究局部气穴现象对水下爆炸冲击环境下的舰船及其设备冲击响应的影响提供了理论依据。     

球形炸药水下爆炸的舰船空化效应研究

运用通用软件MSC.Dytran建立舰船、炸药和水域的有限元模型,并利用该软件进行有限元分析,准确地模拟出了爆炸冲击波在水中的传播过程、空化效应以及整船结构的动态响应,为舰船的抗冲击性能分析提供了输入条件。通过数值模拟可知:炸药水下爆炸后产生的冲击波会以球面波的形式传播开来,速度接近水中声速;冲击波的瞬时压力与时间的关系呈指数分布,但在水面附近由于空化效应迅速衰减,与库尔理论吻合较好。水中爆炸产生的冲击波是影响舰船冲击响应的主要因素,尤其是冲击波的垂向作用影响更大;冲击载荷主要作用集中在舰底,其所承受的应力要比上层建筑大很多,全船的最大应力就集中在船肿的迎爆面位置。水下爆炸产生的冲击波最先作用到舰底,接着冲击振动通过舰船的垂向结构会向上层快速传递,一直传到甲板和上层建筑为止,与此同时垂向结构也会降低冲击振动的强度,所以舰船上层构件所受到的冲击响应会小于舰船底部或舰船舭部,并呈逐步减小的趋势。     

水下爆炸对舰船结构毁伤效应的研究现状及展望

从非接触爆炸和接触爆炸两个角度出发,综述了国内外对水下爆炸对舰船结构毁伤效应的研究现状,分析和总结了水下爆炸对船舶结构毁伤效应的研究方法,指出了目前的研究热点以及未来的发展趋势.     

舰船抗爆领域水下爆炸载荷研究进展

海战中水下爆炸载荷是舰船的重要威胁之一,为了给舰船抗爆研究提供准确的载荷输入,需要对载荷进行系统研究。通过查阅大量文献,介绍了国内外舰船抗爆领域水下爆炸载荷的研究概况,从冲击波载荷和气泡载荷两个方面总结了该领域的研究进展。由于冲击波载荷的研究比较成熟,重点对气泡运动方程、气泡射流等气泡阶段的研究工作进行了总结和分析。并且在分析前人工作的基础上对该领域有待进一步解决的问题和发展趋势进行了展望,为该领域内研究工作的开展提供一定参考。     

某型舰船水下爆炸冲击波载荷作用下结构动态响应数值仿真研究

为了保证舰船安全性,提高舰船生命力,舰船在水下爆炸冲击波载荷作用下动态响应是船舶结构动力学研究的重要课题之一.文中采用数值仿真技术研究了某型水面舰船在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应.分别从结构变形损伤、变形能吸收和冲击环境等几个方面研究了舰船结构在水下爆炸冲击波载荷作用下的响应特性.     

舰船结构对水下近距爆炸的响应研究进展

开展舰船结构对水下近距爆炸的响应研究对于改善舰船结构的防护性能、增强战时的生存能力具有十分重要的意义。通过综合近年来舰船结构对水下近距爆炸响应的研究成果.阐明了水下近距爆炸载荷的理论、实验和数值研究进展,并分类总结了水下近距爆炸时的流体结构相互作用与平板、圆柱壳、梁和舰船结构响应的研究现状。最后给出了当前急需加强研究的4个方面的问题：复杂边界条件下的水下爆炸载荷特性、结构冲击破坏的仿真、结构模型试验相似规律以及新型材料和结构对水下近距爆炸载荷的响应     

近水面水下爆炸作用下舰船损伤数值模拟

探讨使用MSC/DYTRAN模拟水下爆炸冲击波,与经验公式进行比较,认为使用该方法模拟近水面水下爆炸冲击波是合理的,使用该方法模拟舰船舭部舱段近水面水下爆炸,拟合了变形和装药沉没深度曲线,变形和爆距曲线,与试验结果基本吻合.     

水下爆炸载荷作用下舰船结构动响应及新型防护结构

为提高舰船的战斗力和生命力,研究水下爆炸载荷作用下典型舰船结构的损伤破坏模式以及构件爆炸变形能吸收特性乃是极其必要的。基于上述研究,并结合吸能理论,设计出4种吸能效果好、结构材料轻、制造工艺简单的舰船双层底新型防护结构形式;采用数值仿真与试验相结合的研究方法,分析新型结构形式的吸能效果,获得吸能效果较佳的舰船双层底新型防护结构形式。     

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.     

弹塑性结构水下爆炸相似律研究

为实现将缩比模型在遭受水下爆炸冲击波载荷作用时的动响应特性结果推广到预测原型结构,根据相似理论,讨论了水下爆炸冲击波载荷相似率,并推导了弹塑性结构遭受水下爆炸冲击波载荷作用时的完全几何相似律。以典型舰船板架结构为研究对象,设计若干数值算例,结果表明缩比模型与原型结构之间的能量、运动响应和应力响应吻合较好,说明满足该相似率的缩比模型能够准确预测原型结构遭受水下爆炸冲击波载荷作用时的动响应特性,验证了该相似律的实用性。     

水下爆炸载荷下舰船结构的多目标优化

水面舰船对轻量化和抗爆性能均有特殊的需求,而这两个目标此消彼长的关系又使得实现它们的途径相互矛盾。为找到能同时提高轻量化和抗爆性能的满意解,建立以板厚为变量的多目标优化模型。在优化过程中,通过参数化建模技术实现建模的自动化,数值模拟采用船体三舱段有限元模型,使用ABAQUS/EXPLICIT求解器进行非线性有限元分析,并在优化流程中引入实验设计和近似模型进行响应预报,在此基础上,还通过NSGA-II遗传算法进行多目标优化,得到优解。通过对优化后的船舯舱段与优化前的进行对比分析,发现重量和抗爆性能这两个目标分别有0.46%和22.51%的改进,实现了轻量化和抗爆性能的双向提升。     

水面舰船双层结构水下抗爆特性数值模拟

在充分调研国内外相关文献的基础上,选取当代海战中普遍使用的水下攻击武器以及大型舰船典型双层结构为研究对象,通过非线性有限元程序LS-DYNA,对水面舰船双层结构水下抗爆特性进行数值模拟,分析各层结构在遭受水中兵器接触爆炸时的破坏模式并得出结论：采用所使用的材料模型及网格划分方法所得的结果与经验公式相符,具有良好的工程精度;底部破坏具有明显的网格状,破口受强力构件的限制,沿着强力构件裂开,花瓣状不明显;应力集中区域表现在内外底板间强力构件与内外底板的交接处,特别是龙骨等结构处。在此基础上,从吸能效果的角度计算各层结构的吸能比例,结果显示,在接触爆炸作用下,船底内、外底板间结构是主要的吸能结构,其吸收能量大于内、外底板。