基于SPH方法的二维水下爆炸冲击载荷计算

水下爆炸包含了一系列复杂的物理过程,这些复杂的物理现象对数值计算提出了很高的要求.介绍了无网格光滑粒子流体动力学(SPH)方法在水下爆炸模拟中的应用,计算了TNT在近似无限水域中爆炸和沉底装药下爆炸产生的冲击波强度,分析了水下爆炸流场参量分布和变化规律,为水下非接触爆炸数值模拟提供参考.     

均匀流场中三维陷落腔流激振荡实验研究

针对均匀流场中,三维等高型陷落腔因分离流而产生的流激振荡问题,开展了系列的实验研究.实验过程中,主要考虑来流攻角为0时,流速变化(Re=2.06×105~1.16×106)对三维陷落腔流激振荡特性的影响.同时,分别测量了三维腔体侧壁周向及垂向流体压力,分析了腔体内稳态压力和脉动压力的周口、垂向分布规律及腔口剪切层自持振荡特性.实验结果表明:均匀流场中三维陷落腔内部压力分布复杂,且当雷诺数大于某值时腔体内稳态压力全都呈现出负压,同时腔口随边处存在着较大的脉动压力,且脉动压力随相对高度增加而减小,但腔口导边及侧面处的脉动压力随相对高度增加而增大.剪切层自持振荡频率的无量纲数St数随Re变化为一常数值,但其值略大于气流场中二维陷落腔的St数.     

水下爆炸船体结构响应间断伽辽金法数值模拟

为求解水下爆炸强间断流场,采用Level Set方法定位多相流界面位置,应用虚拟流体方法处理邻近界面两侧物理量,并用RKDG方法进行空间和时间的离散,求解流场的Euler方程,并进行一维、二维评价,计算结果能够较好地反映水下爆炸冲击波产生、传播、反射和爆炸产物的膨胀等现象.最后,结合大型非线性有限元软件ABAQUS,模拟了船体板在水下爆炸载荷作用下的变形和响应特征.模拟结果表明,间断迦辽金法能够实现对水下爆炸船体结构响应精确模拟,板架结构响应与爆心距离成反比.     

船用复合材料连接结构稳定性分析方法

针对船用复合材料连接结构失稳问题,采用传递矩阵法对复合层梁稳定性进行研究,推导了船用复合层梁的等效刚度,提出了船用复合层梁连接结构的稳定性计算方法,并将计算结果与数值仿真和稳定性试验结果进行对比,对计算方法进行验证。结果表明,本文提出的方法对于船用复合材料连接结构稳定性求解有较高的精度。通过本文的研究,丰富了复合层梁结构稳定性计算方法,为复合材料连接结构的设计和制造,提供了工程设计参考。     

不同头型弹体低速入水空泡试验研究

针对不同头部形状弹体低速入水空泡形成、发展特性及其影响因素开展试验研究,用高速摄影仪实时记录了圆头、90~150°锥头弹体入水过程中自由液面的波动特性、空泡的演变过程及入水弹道的稳定性,同时通过对比试验得到弹体入水空泡、入水弹道与入水速度、入水角度之间的关系。试验结果表明,圆头弹体不易形成空泡,但弹道稳定性差;90°锥头弹体倾斜入水时,入水速度越大,空泡的非对称性越强;120°锥头弹体垂直入水速度越大,越易发生表面闭合现象及完整的脱落气泡;150°锥头弹体入水角大于80°时,发生表面闭合现象。在整个入水过程中,弹体速度呈线性衰减,空泡射流速度衰减较快。     

复合材料天线罩螺栓连接结构损伤失效分析

针对复合材料天线罩螺栓连接结构的损伤失效问题,采用试验和渐近损伤分析方法对复合材料天线罩螺栓连接结构的损伤失效进行了研究,分析了螺栓连接结构在等效风载压力和拉力作用下的失效过程和失效强度,并对天线罩连接结构折角位置玻璃钢蒙皮的过渡方式对其力学性能的影响进行了分析。试验和数值研究结果表明,连接结构试件的初始破坏均表现为玻璃钢蒙皮与泡沫芯材间的层间开裂,初始开裂载荷为0.7倍左右的结构失效载荷,玻璃钢蒙皮采用隔层断开过渡的加工工艺可显著提高天线罩连接结构的强度,数值预测的结构失效强度与试验结果吻合较好。     

基于传感器的细长体横向低频振动载荷辨识

细长体在出水过程中,会遭遇风、浪、流等复杂的海洋环境载荷而引起横向振动.其中,低频振动具有振动能量大、结构相应位移及变形大的特点,加之细长体本身的结构特征,因此,识别横向低频振动载荷最大截面即危险截面进行强度校核是十分必要的.基于传感器在细长体出水过程中所测的横向加速度等信息,在模态叠加法的基础上,开发了一种横向低频振动载荷辨识方法.选取了一个具有解析解的理论模型,通过计算对比发现,本方法的计算结果和解析解吻合良好,从而验证了该方法的有效性.     

背衬对隔声去耦瓦吸声性能的影响

基于传递矩阵法,建立了不同背衬情况下的水下隔声去耦吸声覆盖层模型,讨论了软背衬、硬背衬、单层壳体背衬和双层壳体背衬条件下隔声去耦瓦的吸声性能。结果表明:双层壳体背衬条件下吸声系数曲线存在明显的调制现象,且壳间水层增厚,吸声峰值向低频移动,峰增多、变密,峰值有所减小,而外层壳板厚度变化对吸声系数影响不大;单层壳背衬条件下,钢板的厚度越大,第一吸声峰值向低频移动,且峰值变小;当钢板的厚度达到一定的厚度时,其吸声系数曲线逐渐与刚性背衬下隔声去耦瓦的吸声曲线接近。     

近场空爆载荷作用下船体板变形估算方法

鉴于目前我国舰船空中爆炸结构响应试验数据的匮乏以及对复杂结构采用理论求得解析解的困难,对船体板结构在空中近场爆炸载荷作用下的破坏估算方法进行研究.根据爆轰波理论及气体膨胀理论计算出空中近场爆炸载荷的形式及其正压作用时间,应用应力波及塑性动力学理论推导船体板结构的变形,得到不同空爆工况下船体板的破口大小及挠度.通过算例进行验证,计算结果与经验值良好吻合.所推导的估算方法应用于舰船结构在空中近场爆炸冲击波作用下产生的毁伤能够满足工程计算精度要求,可作为舰船防护结构的设计依据.     

可压缩射流冲击板结构的流固耦合动力学分析

为了获得可压缩射流冲击下板结构的流固耦合动力学特性,在双渐近法的基础上,针对射流问题的特殊性,将射流冲击问题的边界条件引入到双渐近方法的计算中,形成了种新的适合于工程计算的数值方法.通过研究发现,冲击过程中,板的中心处会产生很大的冲击压力,并探明影响此压力的因素主要有冲击水柱含气量、板的材料、水柱横截面积、水柱头部形状和水柱速度.