舰船水下爆炸新的损伤评估体系探索

应用数值方法对多艘舰船进行水下非接触爆炸的数值试验,通过对各种工况下的计算可得水面舰船在我国现行的损伤评估体系下的破坏半径、临界半径和安全半径,据此可知水下爆炸对舰船破坏的一些特征.从更安全角度考虑对各评估体系的损伤等级定义提出了局部修正,并形成协调标准,绘制出舰船在该标准下的等损伤面包络图.依据算得不同舰船的安全半径,拟合出水面舰船安全半径的计算公式.计算公式预测值与实船试验数据吻合较好,可为舰船生命力的评估提供参考.     

水下爆炸对舰船结构损伤特征研究综述

鱼雷、水雷等水中兵器是舰船生命力的主要威胁之一。舰船水下爆炸已成为国际上研究的热点问题,虽然,近年来在舰船水下爆炸领域取得了一系列丰硕的研究成果,但迄今为止,水下爆炸冲击波、气泡运动及其对舰船结构的毁伤机理与规律仍未被完全揭示。针对此研究现状,首先分析了水下爆炸载荷特性,总结了水下爆炸对舰船结构的毁伤特性;其次,从应用研究和科学研究两方面,概括了舰船水下爆炸实验、理论分析以及数值方法方面的研究进展,总结了在基础研究方面存在的问题,旨在为舰船抗爆抗冲击相关研究提供参考。     

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.     

非接触水下爆炸舰船结构响应分析

军舰以及实施水下爆破任务的舰船不可避免要遭受水下装药爆炸的冲击载荷,舰船上人员与设备要承受由此带来的强冲击.确定舰船遭受水下爆炸引起的冲击环境,对舰船人员和设备的防护都有指导作用.针对3 000 t级水面舰船,应用Abaqus有限元软件建立舰船有限元模型,计算了距舰船水平距离60 m,装药水深60 m,1000kgTNT当量装药水下爆炸,舰船的冲击环境.得到的舰船典型部位结构的速度响应数值合理,规律正确,得到的舰船冲击环境可以指导舰船人员及设备的冲击防护设计.     

非接触爆炸下舰船电力系统生命力的研究方法

本文着重分析了在非接触爆炸下舰船电力系统主要电气设备的破坏模式，建立了舰船电气设备的冲击响应模型，并给出了非接触爆炸下用舰船电力系统生命力评估的系统破坏概率计算机仿真计算方法。     

水下非接触爆炸舰船动响应数值模拟

对舰船在水下非接触爆炸载荷下动态响应的研究有助于深入了解舰船失效规律和损伤机理,为舰船损伤分析与技术保障系统的建立提供良好的数据与技术支撑。本文基于视景仿真和舰船损伤仿真系统研究的需要,选取Multigen Creator和TrueGrid混合的建模方法;通过在Ansys系统中整合、重新构网生成混合计算模型,有效提高了LS-DYNA进行数值计算的精度;最后,通过模拟船体在非接触爆炸下的冲击环境,对舰船的加速度响应状况进行了数值及机理的分析。     

水下爆炸载荷作用下舰船结构响应研究综述

在海战中,水下爆炸载荷是舰船结构的主要威胁之一。舰船结构响应非常复杂,可以分为整体响应和局部响应两大类,分别从这两个方面总结了水下爆炸载荷作用下舰船结构响应研究的国内外研究进展情况。根据不同的研究方法,从理论、试验和仿真三个角度对收集的文献进行了详细的分析与总结,并在此基础上提出了现有工作中的不足,对该领域有待解决的问题和发展趋势进行了展望,可为其他研究者提供参考。     

水下非接触爆炸载荷下双层底结构单元抗冲击性能研究

舰船结构水下非接触爆炸的动态响应研究是舰船生命力评估的基础。基于普通双底结构,设计了3种新式的X型、Y型双底单元和Ⅰ型双层底结构单元,分析了4种结构在200 kg TNT炸药不同爆距冲击波载荷作用下的损伤变形特征,运动响应以及结构的吸能特性。结果表明,X型、Y型单元吸收较少能量,尤其内底板吸收能量少,应变、冲击速度和加速度响应值也小,内底板更安全。Ⅰ型单元外底板的变形和应变小,其安全半径约为15 m,其余3种单元安全半径都约为20 m。4种结构临界半径都小于10 m。     

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。     

水下爆炸载荷参数对舰船结构动响应的影响

采用数值方法对某典型水面舰船全船结构动响应进行研究,并分析了不同水下爆炸载荷的参数对舰船结构动响应的影响。计算结果显示,在相同炸药量不同爆距时,舰船结构响应随爆距增加呈指数衰减;在相同爆距不同炸药量时,舰船结构响应随炸药量增加近似呈抛物线增加。     

水下非接触爆炸作用下潜艇生存概率研究方法分析

建立了一种在进行潜艇生存能力评估过程中,潜艇设备所受冲击加速度的计算方法。将艇体看成初级质量,先求出艇体各处的响应,并把设备看作次级质量,以艇体相应部位的冲击响应输入,然后对设备的冲击响应进行求解,最终给出计算设备损伤概率的计算机仿真流程图。此方法已成功运用于船模实验。     

水下爆炸载荷作用下舰船结构极限强度研究

在对水下爆炸载荷作用下典型舰船结构损伤研究的基础上,分析了塑性变形和各种破口形状尺寸等受损情况下Nishihara箱形梁的极限强度,得出结论:有破口的箱形梁未必比有塑性变形的极限强度小,若中剖面破口长度相等,则破口面积越大极限强度越小。利用NAPA软件建立典型舰船的模型得出设计载荷并导入MSC.Patran划分网格、定义属性并施加载荷与边界条件,运用MSC.Dytran模拟水下爆炸载荷高瞬态非线性分析,通过MSC.Nastran与工程软件MARS对该模型进行极限强度非线性分析对比,提出了一种对真实爆炸损伤状态下的舰船结构极限强度计算方法,证明其运用于结构设计校核极限强度的有效性和安全性。     

水下爆炸脉动载荷对连续玄武岩纤维复合材料船体结构的影响

运用有限元程序MSC.Dytran模拟水下爆炸气泡脉动现象的整个过程,计算输出气泡中心位置压力时历曲线与爆炸理论吻合;采用层合板模型模拟连续玄武岩纤维复合材料,选取一般耦合算法计算流体与结构的耦合效应,计算连续玄武岩纤维复合材料舱段在脉动载荷作用下的动力响应;分析连续玄武岩纤维复合材料船体结构位移时历曲线、应力时历曲线及船底板应力云图.研究结果表明,在近场爆炸情况下,第一次脉动产生的应力波有可能比爆炸冲击波对船体造成更大的破坏;爆炸产生的脉动载荷频率接近整船或局部构件固有频率时,引发共振,对船体造成爆炸冲击破坏外的附加损害.     

舰船结构在非接触爆炸载荷作用下的非线性分析

舰船在海战中经常遭受鱼雷、火炮、炸弹和导弹等武器的攻击,由于接触爆炸和非接触爆炸对舰船是致命的,所以如何正确预报爆炸载荷作用下舰船结构的变形与破损,是各国海军都十分关心的一个问题,也是生命力研究的一个重要课题.本文主要研究船体舱段遭受反舰导弹和激光制导炸弹2类武器攻击非接触爆炸后产生的塑性变形的大小和范围.采用准静态方法,根据相关文献将爆炸载荷化为静载,同时考虑材料非线性和几何非线性,对船体舱段在遭受导弹和激光炸弹攻击时进行有限非线性分析,得出相应的结论.     

水下爆炸冲击波载荷作用下舰船板架结构冲击可靠性研究

军舰和水下潜艇等军事作业平台,在执行任务时容易遭受水下炸弹、鱼雷等破坏性武器的袭击。其中,水下近距离、非接触爆炸可以产生能量很高的爆炸冲击波,对军舰和潜艇等产生巨大的破坏作用。因此,提高舰船板架结构的抗冲击波特性具有重要的意义。本文针对水下冲击波气泡脉动理论,系统研究舰船板架结构的水下爆炸冲击可靠性。     

近场水下爆炸载荷及舰船结构动态响应研究综述

以往水下爆炸研究主要集中在中远场,国内外专家学者在中远场水下爆炸方面做了大量研究。近年来,随着精确制导武器的快速发展,舰船遭受近场水下爆炸的几率大大提升。然而,近场水下爆炸过程涉及强间断、结构撕裂等强非线性问题,诸多机理尚不明确,如冲击波在多层介质中的传播规律、气泡的非球状脉动以及边界诱导射流等。近场水下爆炸实验具有成本高、可重复性差以及危险性高等缺陷,理论解析局限于简单结构及单一边界条件。随着数值技术的发展,越来越多的学者将数值方法结合实验、理论来研究近场水下爆炸。本文在现有文献的基础上,总结近场水下爆炸在实验、理论及数值模拟方面的典型成果,指出目前仍存在的具体问题,并对未来近场水下爆炸发展方向进行展望。     

空中爆炸载荷作用下舰船结构毁伤规律研究

利用通用数值程序对空中爆炸载荷作用下舰船结构毁伤规律进行了分析,通过数值仿真结果与经验公式对比验证了所采用方法的有效性。在此基础上提取舰船结构毁伤效果、流场域以及舰船结构典型位置处的响应数据,得出如下结论:利用大型有限元软件在计算破口半径时数据结果偏小,但误差在15%以内,可以用于工程实践;空中爆炸具有局部性,取流体域半径为药包半径的六倍左右,满足工程要求;对于综合补给舰船型,舷侧为薄弱环节,应予以加强;舰船结构在垂向、横向以及纵向均具有较大加速度响应,且空中爆炸船体的响应衰减趋势较弱;药量越大,应力波传播速度越快,且在结构交界处较易出现应力集中的现象,对舰船强度有较大影响。     

圆柱壳附近水下爆炸气泡动态特性研究

基于不可压缩势流理论,运用边界元方法,建立圆柱壳附近水下爆炸气泡三维数值模型。然后采用该模型模拟深水中圆柱壳附近近场水下爆炸气泡运动,并对气泡动态特性以及攻角大小对其影响规律进行了研究。计算结果表明,膨胀阶段气泡受浮力作用以及壁面的排斥作用影响较小;收缩阶段气泡受浮力作用以及气泡受壁面的吸引作用影响较大,随攻角的减小,气泡射流作用和气泡脉动压力均逐渐增强,即爆点位于圆柱壳结构正下方时所造成的结构损伤最为严重。研究结论有益于潜艇结构抗爆防护设计,也为水下爆炸气泡载荷作用下潜艇结构毁伤机理研究提供了参考依据。     

A numerical study of whole ship structural damage resulting from close-in underwater explosion shock

There are quite a few researches on far-field underwater explosion and contact underwater explosion. However, few studied the close-in non-contact underwater explosion. In this paper the numerical simulations on the deformation and rupture of a rectangular plate and a stiffened plate are conducted, respectively. The simulation results are close to the failure modes shown in the tests. The limit of acoustic–structure coupling method is also pointed out. Then a full-scale surface ship subjected to underwater shock is presented using the same method. The damage evolution process is studied and three damage modes of the whole ship are specified according to the standoff distance. All of these results can be reference to the research of close-in non-contact underwater explosion.