船体水下爆炸冲击动弯矩理论与试验研究

针对船体在水下爆炸载荷作用下产生的冲击动弯矩危及总强度问题,对船体水下爆炸冲击动弯矩进行研究。用泰勒平板理论修正的船体壁压作为求解载荷,在等值船体梁模型的基础上求解经典阻尼多自由度振动方程,并用弯矩的微分形式得出冲击动弯矩。通过与实船水下爆炸试验值的对比,验证该理论方法的正确性。最后分析了冲击波与气泡脉动分别作用下的冲击动弯矩和不同工况下的动弯矩的占比。结果表明,船体动弯矩以前二阶为主,同时不可忽略冲击波产生的动弯矩。本文的分析方法为水下爆炸载荷作用下船体总纵强度的校核提供一定的参考。     

典型舰艇设备在水下爆炸作用下的安全距离

运用有限元分析程序ABAQUS对某型舰艇进行冲击响应的数值模拟,分析爆炸攻角给舰船结构和设备动态响应带来的影响。重点分析了舰船设备在水下爆炸作用下的安全距离,得出:水下爆炸载荷作用下舰船结构响应具有局部性,垂直迎爆时船体的受冲击范围和强度较大;同等炸药量、相同爆炸距离时,辅机垂向瞬时加速度响应随着爆炸攻角的减小而减小,而垂向剩余加速度响应则是60°时最大,90°时略小,30°时最小;同一炸药量时,辅机安全距离也是60°时最大,90°时略小,30°时最小。     

水面舰船结构在水下近场爆炸作用下冲击响应研究

水面舰船结构爆炸毁伤是舰船生命力研究的重要内容,也是分析舰载设备及人员毁伤的基础。为提高对舰艇等目标的打击能力,各国大力发展精确制导技术。目前精确制导引信使鱼雷能贴近船体表面接触爆炸,对舰船的船体结构造成严重毁伤。由于兵器水下近场爆炸毁伤复杂性,使之成为国内外研究的热点。采用水中近场爆炸毁伤模型,利用自编程序和商业程序相结合的方法,将冲击波和气泡射流的联合载荷加载到近场结构上进行仿真计算;对舰船结构在水下近场爆炸作用下毁伤特性进行试验研究。仿真计算结果与试验结果吻合较好。     

水下爆炸双体船隔振性能数值仿真与试验研究水域

为了检验水下爆炸载荷作用下某双体船隔振系统设计的合理性,建立了双体船有限元模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS,对安装隔振系统后双体船结构在爆炸载荷作用下的冲击响应进行了仿真,采用流固耦合方法考虑空化效应和材料应变率的影响,预估双体船隔振性能。仿真结果表明,双体船经隔振设计后,在水下爆炸载荷作用下,船体底部的塑性变形显著减小,船体的垂向加速度峰值衰减率超过95％。经海上爆炸试验验证,数值仿真结果与试验值吻合良好,双体船隔振系统设计合理。     

基于动力缩聚法的舰艇冲击响应数据扩展方法研究

由于舰艇平台和系统的庞杂和测试系统规模的相对受限,舰艇水下爆炸冲击响应数据总是难以满足需求。基于动力缩聚法的基本原理,对舰艇冲击响应数据扩展方法进行研究。建立舰艇局部结构有限元模型,获取其总质量和刚度矩阵;并将已知冲击响应自由度和待扩展自由度分离,建立两组自由度的转换矩阵,从而将少数测点数据扩展为所关心节点的冲击响应数据。经舰艇水下爆炸冲击试验数据的验证表明该方法可实现试验数据的扩展。     

水下爆炸对双壳体结构破坏的数值研究

针对水下爆炸试验困难的问题,利用有限元方法对双层板壳结构在水下接触爆炸作用下的破坏进行数值仿真模拟,得出了爆炸载荷情况下双层板壳结构的破口形状,位移、应力和压力随时间变化曲线等数值模拟结果,对比了相同爆炸载荷下不同板壳结构的响应,为提高舰船和潜艇整体防护能力以及鱼雷战斗部的设计提供了参考依据。     

中等装药水下爆炸摄像试验装置

一种用于研究水下爆炸的全新试验装置已经被开发出来。该装置设于维多利亚州墨尔本港的平台科学实验室水下爆炸试验场,用光学成像设备拍摄中等装药(1～5 kg)水下爆炸现象。水下爆炸现象拍摄面临很多技术挑战:结构和光学敏感设备强冲击载荷下的防护,光学清水的获得,低光照度高速摄像和大深度实验操控。阐述了成功克服这些困难的方法,选用了0.5 kg的B成分装药进行爆炸试验,拍摄结果和数据分析验证了这些方法的可行性。     

一种新型水下爆炸冲击等效加载实验方法

针对传统水下爆炸冲击响应实验研究中存在的问题,提出了一种实验室仿真水下爆炸冲击的等效加载方法,通过飞片撞击的方式来获得水下爆炸冲击等效载荷.同时建立了等效理论模型与流固耦合数值仿真来进行对比分析.结果表明,数值仿真结果与理论分析结果吻合较好,通过调节飞片的撞击速度与撞击比质量可以获得不同水下爆炸冲击所需要的等效载荷,进而为鱼雷爆炸对典型舰船结构的冲击响应研究提供一种新的思路.     

某型双体船在水下非接触爆炸中的动态响应特性分析

采用大型有限元软件ABAQUS,对某型双体船全船结构在大当量水中兵器爆炸冲击作用下的动态响应进行数值模拟;计算采用声-固结构耦合方法,考虑了兵器水中爆炸空化压力影响和材料的应变率强化效应;通过优化双体船全船结构,降低船体底部等强冲击部位的塑性变形,使某型双体船全船结构满足大当量水中兵器爆炸冲击测量需要。     

基于 ABAQUS 的压脚机构焊缝应力集中的仿真分析

某压脚由焊接组成,工作时处于恶劣的载荷环境中。传统设计方法无法满足结构强度验证的需求,导致在调试和实际使用过程中受力压脚焊接处出现裂纹及断裂。利用 Abaqus 有限元分析软件,对压脚结构进行了静载荷应力分析,动载荷谐响应分析,对压脚应力集中部位进行数值仿真分析,得出了压脚断裂的主要原因是结构强度不足的结论,研究了焊接部位的应力集中的情况以及产生应力集中的原因。     

等效水下爆炸冲击加载装置的设计研究

为了获取等效水下爆炸冲击波载荷,基于一维弹性波理论与水介质的线性状态方程,对飞片撞击充水锥形靶舱进行了理论分析。采用AUTODYN有限元软件,对撞击过程进行了数值模拟,对比分析了两种活塞厚度对应的冲击波衰减时间。根据理论与数值模拟研究结果,设计组装了等效水下爆炸冲击加载实验装置,测得了水靶舱侧壁中心处的冲击波压力时程曲线。研究结果表明：在实验室范围内通过飞片撞击锥形水靶舱,获取等效水下爆炸冲击波载荷是可行的,而且飞片速度与活塞厚度决定了水靶舱内冲击波的压力峰值与衰减时间;研制的加载装置可用于典型结构与材料的水下爆炸冲击响应分析研究。     

水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性仿真研究

为研究水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性,在水下爆炸气泡第1次脉动周期的约3倍时间范围内,利用LS_DYNA软件对水下爆炸气泡与防雷舱舷侧空舱的相互作用过程和舷侧空舱的内压载荷特性进行了仿真分析,并通过模型试验对仿真结果及分析进行了验证。研究结果表明：伴随着水下爆炸气泡膨胀或收缩,爆炸产物气体从外板破口处流入或流出舷侧空舱,外板也相应地向里凹陷或向外凸出运动;舷侧空舱内部空间被外板花瓣隔成两个区域,舷侧空舱的内压载荷在花瓣前面和花瓣背面具有不同特性;采用有限元方法评估舷侧空舱外板的最大破坏程度时,可将计算时间取为气泡第1次脉动周期的5%.     

舰船爆炸冲击防护技术进展

随着反舰武器爆炸威力越来越大,作为最后一层防护手段的被动防御技术即爆炸冲击防护必将对现代舰船的发展产生重大影响。从武器种类、毁伤机理、防护技术等层面,从空中爆炸和水下爆炸角度系统地阐述舰船爆炸冲击防护技术的内涵,梳理了国内舷侧防雷舱、复合夹心结构、箱式框架船体结构、舷侧泄爆结构、设备及人员爆炸冲击防护、水雾抑制冲击波、新概念抗冲瓦等7种技术的发展情况。最后,从爆炸冲击波阻挡、转移、耗散、缓释等4个方面探讨了未来舰船防护技术的发展方向。     

TIG熔修对焊接接头的金相组织及断裂韧性的影响

通过采用TIG熔修技术 ,对船体结构焊接接头焊趾处进行TIG熔修效果的试验研究。试验结果表明 ,该技术不但可以改善焊趾部形状 ,实现焊缝到母材的光顺过渡 ,降低应力集中 ,而且可以改善焊接热影响区的金相组织 ,从而提高了船体结构焊接接头的抗断裂韧性 ,特别是结构的抗爆炸冲击性能。同时 ,TIG熔修技术还具有工艺简单、操作方便、劳动条件好等优点 ,具有重要的推广价值和广泛的应用前景     

动态设计分析方法的舰船甲板设备垂向冲击环境分析

应用动态设计分析方法(DDAM),考核了水面舰艇四联装反舰导弹发射装置垂向抗冲击性能。建立了水面舰艇水下非接触爆炸物理模型,计算不同工况下水面舰艇甲板设备垂向响应及反应谱。应用板理论建立舰船甲板一阶等效动力模型。结合甲板设备反应谱与舰船甲板等效动力模型,采用联邦德国军舰建造规范BV 043/85规定的正负三角波作为加载波形,计算得到不同安装质量甲板设备的冲击反应谱设计谱值。结果表明,DDAM规定的舰船设备冲击环境与1 000 kg TNT当量装药,水下距舰船60~100 m远爆炸产生的冲击环境相当。同时,依据我国舰艇自身的特点,设计了不同工况下,不同安装质量设备的舰船甲板设备垂向设计谱值。得到的设计谱规律正确,数值合理。     

舱内设备对爆载荷毁伤效应影响的对比分析

舰艇舱室内常按其功能要求安装布置有不同的设备,目前舱室内爆毁伤相关研究主要关注毁伤元对无设备舱室结构的毁伤,而很少考虑舱室内设备对于毁伤效应的影响。基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了带加强筋舱室模型,分别分析了没有安装设备、安装一台设备和对称安装两台设备等三种工况的舰艇舱室,在受战斗部装药内部爆炸载荷作用时舱室结构和设备机柜等效物的毁伤情况,对比分析了设备对毁伤效应的影响。通过对比分析三种工况下毁伤过程、测点压力变化及舱壁飞散速度的结果表明,爆炸发生后,受设备遮挡作用,不同数量的设备将对舱室内部流场分布及角隅部位冲击波的汇聚产生影响,降低了舱室内的最大超压值、改变了最大超压出现的位置,使舱室结构的破坏过程发生变化。     

水下接触爆炸载荷作用下多层板壳破坏概率分

为研究水下接触爆炸载荷作用下舰船防护板壳结构的可靠性,取钢板弹性模量、切线模量、极限强度和炸药密度作为基本变量,利用随机数生成程序得到50组随机变量的样本值;利用有限元程序LSDYNA对水下接触爆炸作用的多层板壳结构进行仿真计算,得到各层板的最大应力值;通过检验,最大应力服从正态分布,提出了破坏指标的概念,求得各层板及板壳结构系统的破坏概率.结果表明,在被装药量为460 kg TNT的武器攻击时,整个防护结构完全破坏的概率很小.该方法可很好地解决爆炸作用下结构的可靠性问题,为工程结构的防护提供了参考.     

水下接触爆炸载荷作用下多层板壳破坏概率分析

为研究水下接触爆炸载荷作用下舰船防护板壳结构的可靠性，取钢板弹性模量、切线模量、极限强度和炸药密度作为基本变量，利用随机数生成程序得到50组随机变量的样本值；利用有限元程序LS-DYNA对水下接触爆炸作用的多层板壳结构进行仿真计算，得到各层板的最大应力值；通过检验，最大应力服从正态分布，提出了破坏指标的概念，求得各层板及板壳结构系统的破坏概率．结果表明，在被装药量为460kgTNT的武器攻击时，整个防护结构完全破坏的概率很小．该方法可很好地解决爆炸作用下结构的可靠性问题，为工程结构的防护提供了参考．     

基于ABAQUS软件的舰船二维水下爆炸空化效应研究

水下爆炸作用下结构冲击响应的模拟与仿真是一个多学科交互的复杂领域,诸如炸药水下爆轰过程、冲击波传播、气泡特性和脉动载荷、空化效应、自由面效应和流固耦合等。利用ABAQUS软件对舰船中横截面进行了二维水下爆炸空化效应研究,模拟了空化对结构的二次加载过程。     

高速摄像防护结构抗水中爆炸冲击仿真研究

高速摄像机拍摄水中爆炸图像时,用于安装摄像机的防护结构在水中爆炸冲击波作用下可能产生塑性变形和较大位移,影响到高速摄像系统使用安全和图像拍摄效果;作者设计了高速摄像机水中抗冲击防护结构,为验证防护结构强度设计的合理性和水下爆炸作用下的稳定性,利用ABAQUS软件对防护结构抗水下爆炸冲击性能进行数值仿真计算,用冲击因子设置4个仿真计算工况;计算结果显示：防护结构在60 kgTNT当量装药、0．5的爆炸冲击因子作用下未产生塑性变形,产生的位移小于5 cm,防护结构强度和稳定性满足该条件下摄像机安全防护和水中爆炸图像拍摄使用要求。