战斗部舱内爆炸下舰船耦合毁伤数值计算

[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SPHFEM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。     

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。     

水下爆炸条件下自由场压力载荷时频特征分析

  目的  加筋板结构参数对其抗水下爆炸性能有重要影响,需要对加强筋高度、加强筋数目、加强筋厚度等参数的具体影响进行分析。  方法  基于耦合欧拉−拉格朗日（CEL）方法开展数值模拟研究,分析加筋板结构参数对结构抗爆性能的影响。基于加强筋在水下爆炸载荷作用下的吸能规律,引入系数来表征加强筋的影响程度,提出一种考虑加强筋系数的等效厚度计算方法。  结果  对加筋板抗水下爆炸能力影响显著的3个因素分别是加强筋高度、面板厚度和加强筋厚度,翼板厚度影响较小。在结构质量改变量相同的情况下,横/纵向加强筋高度对加筋板破口面积的影响是翼板厚度的2.5倍,面板厚度和横/纵向加强筋腹板厚度对破口面积的影响是翼板厚度的2倍。随着加强筋高度、加强筋数目、加强筋厚度等参数的增加,加筋板结构强度和抗水下爆炸能力增强,损伤程度减小。采用考虑加强筋系数的等效厚度计算方法得到的相关性系数为−0.94,该方法能较好地反映加筋板抗水下爆炸的能力。  结论  研究结果可以作为舰船结构抗水下爆炸载荷评估的基础,为舰船抗爆结构设计提供参考。     

船体舭龙骨强度数值分析与改进设计

针对舭龙骨在船舶航行过程中出现裂纹的实际问题,基于规范对某实际船型舭龙骨强度进行数值计算,分析规范计算得到的砰击压力作用下舭龙骨的应力分布,进一步采用流固耦合的方法探讨舭龙骨出现裂纹的原因。此外,讨论不同规范中对于舭龙骨的规定,并考虑实船的维修可操作性与结构的安全性因素,针对该船型的舭龙骨提出改进方案,为类似问题的解决提供思路。     

舱室内爆载荷燃烧增强效应试验及仿真研究北大核心CSCD

[目的]TNT炸药在密闭空间中发生爆炸时,其爆轰产物的燃烧效应不可忽视,为准确分析TNT炸药在密闭空间中的爆炸载荷,需要探究爆轰产物燃烧释放的能量与药量体积比的关系。[方法]首先开展5种不同质量的TNT分别在空气和氦气环境密闭空间中的爆炸试验,然后基于化学反应分析、能量守恒、等熵假设3种不同的方法计算5种不同药量体积比对应的爆轰产物燃烧能量,并基于有限元分析软件ANSYS/AUTODYN开展考虑燃烧效应的密闭空间内爆炸数值计算。[结果]准静态压力仿真结果与试验结果的对比表明:3种方法中,通过化学反应计算得到的燃烧能量理论值可作为上限值,能量守恒法的准确性依赖爆炸后混合气体的绝热指数,等熵假设法仿真值与试验值误差稳定在4%~7%之间;不同的燃烧能量释放历程会影响反射冲击波压力,但不改变最终的准静态压力。[结论]研究结果可为舰船抗爆结构设计及毁伤评估提供更精确的输入载荷。     

箱型梁极限承载能力试验与理论研究

  目的  旨在探索纯弯载荷下箱型梁的非线性相似准则,提高模型对原型结构响应的预报精度,进而为建立实船结构的缩比模型设计方法提供理论依据。  方法  首先,采用理论分析方法,基于轴向受压加筋板的稳定性和非线性准则建立纯弯载荷下箱型梁的非线性相似准则;其次,采用数值计算方法通过分析箱型梁原型与缩比模型的极限承载能力和屈曲响应来验证该相似准则的有效性。  结果  数值计算结果表明,基于此方法设计的不同比例模型的屈曲失效模式具有较高的相似性,采用缩比模型能准确预报原型的极限强度。在特定的屈曲模态下,初始变形的增大会降低箱型梁的极限承载能力,初始变形因子对缩比模型的预报精度影响较小。  结论  所用方法为纯弯载荷下船体梁极限强度试验提供了一种有效的非线性相似模型设计思路,对船体结构安全性的研究具有借鉴价值。     

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.