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。     

舰用设备设计谱、考核谱及其实现方法分析

真实再现舰船水下爆炸冲击环境是舰用设备设计和考核的前提。分析了实船水下爆炸响应的时域和频域特征,介绍并评述了设计谱、考核谱的分析方法的现状及其局限性。给出了时域实现的转化方法和路径,并对典型舰用设备进行了数值仿真。研究表明:实船水下爆炸响应可分为冲击波阶段和气泡脉动阶段,且具有三折线谱的特点。基于位移、速度和加速度等效,结合过冲分析,可以从冲击谱得到相应波形的参数。不同安装基础的设备,冲击考核实现方式有一定差异。     

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。     

冲击谱在舰载设备抗冲击设计中的应用

介绍了冲击谱的计算原理和方法,设计了一个小型浮动冲击平台水下实爆试验,测量了舰载设备在水下爆炸冲击载荷作用下的冲击响应并计算了冲击谱,测量及分析结果表明:浮动冲击平台试验是舰船设备抗冲击性能考核的有效方法,设备安装频率是设备抗冲击性能的关键,冲击谱可以为舰船设备防护措施的改进提供依据。     

基于DDAM方法的舰艇导弹发射装置冲击仿真

应用美国海军用以考核舰船设备抗冲击性能的动态设计分析方法（DDAM）,考核舰船甲板设备四联装导弹发射装置的抗冲击性能。通过模态理论分析,导出DDAM方法中的重要概念模态质量。仿真结果表明：四联装导弹发射设备横向冲击位移响应最大,纵向冲击mises应力最大,并超出材料许用应力范围,抗冲击性能不能满足舰船设备抗冲击考核要求;垂向抗冲击性能和纵向抗冲击性能达到舰船设备抗冲击考核要求。     

基于DDAM方法的舰艇鱼雷发射装置抗冲击特性研究

舰船设备和系统的抗冲击能力是决定舰船战时生命力强弱的重要因素。使用舰艇三联装鱼雷发射装置模态试验与有限元综合建模技术,在Ansys Workbench中精确建立鱼雷发射装置抗冲击有限元分析模型。基于美国海军用以考核舰船设备抗冲击性能的动态设计分析方法(DDAM),结合国军标GJB1060设计发射装置冲击输入谱,对发射装置进行抗冲击特性仿真计算。仿真结果表明,发射装置整体结构的冲击响应Von Mises应力以横向和垂向为主,纵向次之。横向冲击响应Von Mises应力最大,出现在发射装置转台瓦板处,但在材料的许用应力范围内。发射装置的横向、垂向、纵向抗冲击性能均满足舰船甲板设备抗冲击考核要求。     

近场水下爆炸作用下箱形梁整体损伤特性研究

当水下近距爆炸载荷对舰船产生耦合激励作用时,舰船的总体损伤特点是一个值得深入研究的问题。以水面箱形梁模型为研究对象,建立了梁模型在水下近距爆炸载荷作用下动态响应的有限元仿真方法,最后利用数值仿真和具体试验相结合的方法,对自由梁在水下特定爆炸工况下的整体损伤特性进行了研究。结果发现：数值计算结果和试验结果具有较好的一致性;在爆炸气泡脉动频率与梁模型一阶湿频率相近的条件下,随着爆径比的增大,梁的整体响应状态由整体中垂塑性弯曲转变为鞭状运动。     

某浮动冲击平台外载荷与冲击环境分析

为了进行舰载设备在接近实战条件下的抗冲击考核,设计并建造了浮动冲击平台。为摸清浮动冲击平台在一定外载荷下的冲击环境,进行了三次水下爆炸试验,采用1 kg RDX 装药在距离平台不同距离处爆炸,分别对平台外载荷和冲击环境进行了测量;外载荷测量结果表明：装药在水下5 m 爆炸时产生明显的气泡脉动载荷和空化效应,加强了对平台本体的冲击作用;冲击环境测量结果表明：冲击响应从迎爆面到背爆面有逐渐减小的趋势,迎爆面冲击谱速度达到5．3 m／s,位移11 cm;冲击环境满足Ⅲ类区域冲击环境要求。     

基于塑性弦线法的深水爆炸下加筋锥柱壳变形模型

为探究凸型加筋锥柱壳在静水压与深水爆炸载荷联合作用下的动态响应,在塑性弦线模型基础上考虑静水压载荷、锥角因素,将问题简化为求解拥有初边界值的波动方程,利用特征值展开将肋间板壳径向位移表示为无穷级数的形式,并对每个特征值计算相应的卸载时间,以此显示冲击波载荷的衰减特性。使用有限元程序Abaqus对半锥角为20°的凸型加筋锥柱壳开展最大深度500 m、最大冲击因子0.79 kg^0.5/m的水下爆炸数值模拟研究,对邻近结合处的柱段、锥段肋间板壳的理论模型计算结果进行验证对比和讨论。研究结果表明：与不计静水压相比,静水压使得肋间板壳刚度减小——最大位移出现时刻延滞,最终径向位移随水深而增大;在不同冲击因子下,理论模型与数值模拟最终径向位移误差最大为21.7%(锥段),最小为2.0%(柱段);由于锥角的存在,肋间板壳位移不再关于中心点对称分布,中心点最终位移较柱段减小40%以上。     

大开口对船体结构抗冲击性能的影响

舰艇在设计过程中不可避免地会出现大开口部位,这类部位对舰艇的结构强度、稳定性等都有比较严重的影响。特别是在舰艇遭受到水下非接触爆炸冲击载荷作用以后,会引起拉伸/压缩的交变载荷,在船体结构大开口角隅处产生应力集中现象。本文通过建立舰艇船体结构冲击响应有限元分析模型,计算分析了在不同海况下舰艇遭受到水下非接触爆炸冲击后结构大开口角隅处的应力及其储备系数。研究结果表明,结构大开口部位公共角隅处的安全储备系数较小,应力集中现象明显,在进行舰艇船体结构抗冲击设计与评估等研究过程中需要予以考虑;此外,对于相同爆距,遭受水下爆炸冲击的舰艇船体结构在静水弯矩工况下的安全储备系数一般大于六级海况下的情形,这说明波浪弯矩导致的舰艇中拱或中垂加剧了结构大开口部位角隅处的应力集中现象。     

水下爆炸对不同壳体的变形响应数值模拟

利用AUTODYN仿真程序,仿真了20 g TNT水下爆炸对不同距离的不同壳体的变形响应,得到了2种材料的壳体响应规律。仿真结果表明：在进行小药量炸药水下爆炸对相邻壳体变形影响分析时,同种材料情况下,距离越远变形越小;不同材料相同距离时,壳体材料决定变形情况的结果。该研究对工程实践有一定指导意义。     

水下枪榴弹延期解除保险性能指标分析方法

针对水下枪榴弹有效射程与杀伤半径之间难以相互匹配的问题,提出了水下枪榴弹延期解除保险性能指标分析方法。该方法依据水下爆炸产生的冲击波超压峰值估算水下枪榴弹爆炸时的杀伤半径与安全距离,水下枪械所能达到的有效射程为30 m时,该方法确定的水下枪榴弹的杀伤半径约为1 m。分析表明,杀伤半径的增大将使水下枪榴弹面临着水下射程过小与延期解除保险距离要求过大、战斗部威力过小与射击精度过低等矛盾。     

四旋翼碟形自主水下航行器运动方程建立与流体特性仿真研究

四旋翼碟形自主水下航行器（AUV）是一种新型水下航行器。为研究此航行器的流体动力特性,建立了四旋翼碟形AUV的三维模型,并定义了参考坐标系和广义特征参数;在其体坐标系中根据动量和动量矩定理,建立了广义参数定义的AUV六自由度动力学方程和运动学方程;采用计算流体力学方法,基于Ansys CFX流体分析软件,在的0°~90°攻角范围内,对航行器运动过程中的流体动力特性进行了仿真研究,并绘制了其特性曲线。仿真结果表明：在0°~15°攻角范围内,航行器具有较低的流体阻力,适宜做定深运动;在30°~50°攻角范围内,航行器具有良好的升力特性,适宜完成曲线潜浮运动。     

基于动态设计分析方法的舰载鱼雷发射装置抗冲击特性研究

舰船设备和系统的抗冲击能力是决定舰船战时生命力强弱的重要因素。该文采用舰艇三联装鱼雷发射装置模态试验与有限元综合建模技术,在Ansys Workbench中建立了发射装置抗冲击有限元分析模型,借鉴美国海军用以考核舰船设备抗冲击性能的动态设计分析方法(DDAM),结合国军标GJB1060设计发射装置冲击输入谱,对其进行抗冲击特性仿真计算,以考核发射装置的抗冲击性能。仿真结果表明,在发射装置转台瓦板处,发射装置横向冲击位移响应及Von Mises应力均为最大,但其最大Von Mises应力均没有超过材料的屈服强度。在材料的许用应力范围内,横向、纵向、垂向抗冲击性能均满足舰船甲板设备抗冲击考核要求。     

爆炸载荷作用下夹层玻璃动态响应的数值模拟

为研究爆炸载荷作用下夹层玻璃的动态响应，利用有限元软件LS-DYNA对爆炸载荷作用下夹层玻璃的动态响应进行了数值模拟。通过改变外层玻璃与内层玻璃的厚度，系统地研究不同组合下夹层玻璃的动态响应规律，描述爆炸产物与结构相互作用过程，分析夹层玻璃不同部分的能量吸收效率，观察夹层玻璃的裂纹扩展过程。结果表明：玻璃厚度的改变对结构动态响应有明显影响，随着爆炸距离增加，影响程度逐渐减小；爆炸产物先于空气冲击波对玻璃的冲击有损伤破坏作用；结构外层玻璃的能量吸收效率最大，聚乙烯醇缩丁醛胶层次之，内层玻璃吸收效率最小；爆炸载荷下夹层玻璃的裂纹以环向裂纹为主，径向裂纹相对较少。     

水下爆炸载荷作用下MK46鱼雷结构动态响应分析

通过对美国MK46鱼雷进行数值仿真,设置不同的工况,应用ABAQUS中的声固耦合算法对鱼雷在水下爆炸冲击波作用下的动态响应及其冲击环境进行仿真计算,分析了鱼雷在不同工况下的毁伤效果,以及不同部位各节点的加速度响应及冲击环境。有限元计算结果表明:MK46鱼雷首部为薄弱部分,首部加强筋首先失效破坏,当壳体冲击因子为1.33时鱼雷壳体发生破损;迎爆面和背爆面节点加速度响应有较大区别,通过节点的冲击谱参数可对鱼雷内部设备的抗冲击性能进行分析。本文结果可对相关鱼雷的毁伤效果分析及结构设计提供参考。     

装药水下近距离爆炸作功能力的试验测量方法

通常水下爆炸能量测试结果只反映炸药自身的能量结构,无法表征装药对邻近结构物的作功能力.基于效应物动响应对装药水下接触及近距离非接触爆炸的作功能力试验测量技术进行初步研究.采取弹道摆试验方法实现水下接触爆炸,以爆炸驱动下摆体获得的冲量来表征装药水下接触爆炸的作功能力.采用两种试验方法表征水下近距离非接触爆炸的作功能力:第1种为边界可滑移圆板的动响应,通过观测靶板中心变形时程,得到冲击波及气泡的阶段毁伤比例及总体毁伤情况;第2种以强舱段缩比模型的整体运动响应,以刚体运动及位移得到爆炸载荷的驱动能力.试验结果表明:水下接触爆炸时冲量约为空中爆炸时的3倍;近距离爆炸时,冲击波及气泡两个阶段的变形能比例为先快速减小再趋于平缓的变化过程,距离药包越近,能量吸收比例越小.试验测量技术可为水中兵器毁伤威力评估提供一定的技术参考.     

AUV重力加小推冲载荷分离方法

自主式水下航行器是由载荷和运载体组成的一个多体系统。本文在AUV分离运动数学模型的基础上，推导了载荷和运载体初始位置以及初始攻角的计算模型，提出了一种工程实用的重力加小推冲分离方法，其2个阶段的分离过程主要是依靠分离载荷的自身重力进行分离，必要时辅助以一定的推冲力，并对这种分离方法进行了仿真和安全性研究。仿真结果表明，当运载体速度一定时，在一定程度上增大推冲力，可缩短分离时间，减轻载荷与运载体之间相互作用的影响，可提高分离安全性。该分离方法的安全性与预定分离角和分离初始速度有关，分离初始速度减小，有利于提高分离安全性；分离初始速度增大，可减小预定分离角（不大于90°）以确保分离安全。     

大口径弹体高速入水载荷特性研究

针对未来海上平台发射大口径抛射体入水冲击载荷问题,为了研究速度接近200 m/s时,不同速度、入水角度以及攻角对大口径平头弹体入水径向载荷以及轴向载荷的影响,基于LS-DYNA软件,采用多介质ALE方法,对速度在150～190 m/s,入水角度在45°～60°之间,具有3°～7°攻角的弹体入水模型进行数值模拟。结果表明:在同一入水速度的情况下,轴向载荷峰值随入水角度的增加而增加,径向载荷峰值随着入水角度的改变有一定的波动; 在入水初期,径向载荷到达峰值后慢慢趋于稳定并收敛于0; 径向载荷的峰值出现在轴向载荷撞水瞬间产生的第1次小峰值时刻; 正攻角会使弹体产生顺时针旋转的径向载荷,负攻角会使弹体产生逆时针旋转的径向载荷,载荷大小随着攻角数值大小的增大而增大。     

水下爆炸冲击波作用下空气背衬平板的运动

运用一维平面波理论,得到了空气背衬平板对水下爆炸冲击波响应的波动理论公式。通过比较波动理论公式与Taylor公式的计算结果,表明二者在平板波阻抗远大于水介质时具有很好的一致性。但是当平板的弹性模量和密度减小时,Taylor公式的误差增大,而波动理论公式则仍具有很好的精确性。相同质量的平板在相同的水下爆炸冲击波作用下的最大速度与平板的弹性模量和密度成反比,而不同厚度的钢板对相同水下爆炸冲击波响应的计算结果表明,平板的厚度与最大速度成反比,但增加平板厚度并不能达到很好的隔振效果。