爆炸冲击作用下加筋板结构变形研究

为了预报加筋板结构在爆炸冲击载荷作用下的变形程度,将加筋板的变形分为整体变形和局部变形,借助数值计算拟合了两者能量分配关系,进而提出了爆炸冲击作用下加筋板结构变形的理论计算方法,并与实验结果进行比较,结果吻合较好。     

冲击波和气泡载荷联合作用下加筋板塑性变形

水下爆炸冲击波和气泡载荷对舰船结构都有不同程度的毁伤作用,计算舰船结构在水下爆炸载荷作用下的塑性变形时,需要同时考虑两种载荷的影响.通过对加筋板结构刚塑性分析,运用Lagrangian方程,得到一种计算冲击波和气泡脉动压力波联合作用下加筋板塑性变形的方法.该方法计算结果与试验值和文献值吻合较好.对该计算方法的适用范围进...     

舰船局部结构在水下爆炸气泡载荷作用下的塑性变形分析

在水下爆炸载荷作用下的舰船局部结构塑性变形计算中,往往只考虑冲击波载荷的影响而忽略气泡载荷的影响。为研究气泡载荷在舰船局部结构塑性变形中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus,对舰船局部结构典型形式加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值仿真。其中,载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型。分析仿真结果发现,模型中点变形挠度明显分为两个阶段,很容易区分冲击波载荷引起的变形和气泡载荷引起的变形。将最终变形挠度仿真计算结果与试验结果进行对比,两者吻合较好。计算结果表明:由气泡载荷引起的加筋板塑性变形挠度超过总变形挠度的30%,所以在计算中气泡载荷的影响不容忽视。     

近距离爆炸下加筋板架的毁伤模式研究

为了研究近距离爆炸下舰船典型舱壁结构的毁伤模式,基于经实验验证的LS-DYNA有限元模型对近距爆炸时加筋板架结构的毁伤过程进行了数值模拟,并分析了装药质量和爆炸距离对结构毁伤的影响。研究结果表明：近距爆炸时板架结构呈现出4种毁伤模式：(Ⅰ)塑性大变形,(Ⅱ)板格局部撕裂,(Ⅲ)边界处拉伸撕裂破坏,以及(Ⅳ)剪切破坏,根据面板的损伤程度,毁伤模式Ⅲ又可划分为2种子失效模式;板架的损伤程度随着装药质量的增加和爆炸距离的减小而加重,比例距离一定时,随着爆炸距离的减小,板架逐渐从整体破坏向局部破坏转变;最后利用一维无量纲数Φ和二维无量纲数(Φ,β)分别对破坏模式的分布情况进行了分析,得到了一维和二维的破坏模式分布图以及经验预测公式,可为近距爆炸时舱壁的毁伤模式快速预测提供参考。     

近壁面水下爆炸冲击波载荷参数研究

水下爆炸过程中结构会受到冲击波载荷的作用同,同时结构也会对冲击波栽荷产生反作用.为了解结构对冲击波参数的影响规律,从牛顿第二定律出发,推导了冲击波压力、正压作用时间和比冲量与板厚之间的关系.为验证计算方法的正确性,设计了验证性试验,试验证实计算结果与试验结果吻合较好.计算表明:冲击波载荷参数主要受到板厚的影响,板厚越厚,冲击波衰减越慢;正压作用时间越长,比冲量就越大,在刚性壁情况下,比冲量为自由场的2倍.     

水下爆炸载荷作用下夹芯圆柱壳的动态响应

采用有限元数值模拟方法,对夹芯圆柱壳在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了分析.在夹芯防护层质量给定的情况下,通过对不同夹芯层相对密度下内部圆柱壳体获得的最大加速度进行比较,得出了最优的夹芯层相对密度.同时,还对内部圆柱壳体的等效应力和夹芯层的变形进行了分析.研究结果表明:夹芯防护层对爆炸冲击波有较好的衰减作用,且对里面的圆柱壳体起到了较好的保护作用,具有优异的抗冲击防护特性.     

水中爆炸作用下隧道毁伤效应研究

为研究隧道在水中爆炸荷载作用下的毁伤机理和破坏形态,选取典型管节,建立隧道管节的耦合Lagrange-Euler(CLE)三维数值模型,通过水下爆炸试验验证了CLE方法和材料模型的准确性。开展隧道管节的毁伤效应数值模拟,分析冲击波作用过程、管节损伤演化过程和管节破坏机理;进行参数分析,比较不同炸药当量和爆炸距离对管节毁伤程度和破坏模式的影响。结果表明：在水中爆炸作用下,隧道管节的损伤过程超过冲击波的作用时间。在同种炸药当量下,管节前壁的损伤程度随爆炸距离的增加而降低;后壁的损伤程度主要受炸药当量影响,爆炸距离对其影响较小。以位移变形为损伤指标,拟合得到函数关系式,并给出不同破坏程度的临界曲线,可用于评估隧道管节的破坏程度。     

大型水面舰艇在重型鱼雷水下近距爆炸作用下的毁伤效应

以单发某重型鱼雷击沉DD973驱逐舰的实船打靶试验为例,揭示了船体梁结构在船中底部近距离水下爆炸作用下最终呈现中垂破坏现象.建立了该问题的物理仿真模型,再现了船体梁在水下爆炸近场冲击波正压和负压交替作用下的中垂破坏过程.与实船打靶试验情况进行对比的结果验证了数值计算结果的有效性.在此基础上,分析了船体梁结构在水下爆炸近场球面冲击波和动态气泡作用下的内力和变形规律.     

偏心加筋板大变形梁板单元

给出了偏心加筋板大变形分析的理论公式和相应的梁板单元模型 .在肋骨和板的运动方程中引用 Von Karman形变方程 ;按照 Mindlin板理论计及横向剪切变形的影响 ;对横向剪应变和薄膜应变重新插值修正克服 Mindlin型单元在薄板应用时的“锁定”行为 ,此模型可适合于薄板和厚板的非线性分析 .     

不同边界条件下水下爆炸气泡的数值模拟

采用有限元程序MSC.Dytran对不同边界条件下水下爆炸气泡的脉动过程进行了数值模拟。对数值模拟中的一些重要问题,如炸药药包的建模、网格密度、状态方程和静压力场的设定等问题进行了探讨。对无限水域中的水下爆炸气泡以及自由面边界、水平刚性面边界和垂直刚性面边界三种边界条件下的水下爆炸气泡进行了数值模拟,分析了水下爆炸气泡的半径、外形变化、气泡脉动压力、流场中的速度分布,结果发现边界的存在对气泡外形的影响较大,刚性边界面会使气泡脉动压力增大较多,而自由面边界对气泡脉动压力的影响较小。将数值模拟的结果与理论模型、经验公式和试验结果进行了比较分析,结果吻合较好。     

水面平板下方非球状爆炸气泡运动数值模拟

基于势流假设,采用线性三角形单元直接边界元法对气泡外的水流流场进行计算,并采用二阶龙格-库塔法追踪气泡形状变化。同时,为了保证数值计算稳定,采用弹性网格技术对气泡表面网格进行光滑处理,并对近距离情况水下爆炸进行了计算,得到了气泡外形和作用于平板表面上压强随时间变化的规律。将计算结果与已有结果进行了比较分析,两者吻合较好,证明了该计算方法和计算程序的可信性。     

水面舰艇结构抗水下爆炸毁伤能力表征方法研究

基于舰体抗毁伤能力主要表征参数、舰体抗毁伤完好性等级以及标准毁伤设计载荷的研究,提出了三个表征舰体结构抗水下爆炸毁伤能力的参数,给出了表征参数阈值及其与破损船体的毁伤等级之间的关系,形成了舰体结构抗水下爆炸毁伤能力的表征方法,从而为水面舰艇结构抗毁伤能力的评估和工程设计提供参考。     

舰船单元结构模型水下接触爆炸破口试验研究

以 3种舰船单元结构模型水下接触爆炸试验为基础 ,对结构模型所产生的变形、破口尺寸、破口形状进行了观测与分析 ,查找并发现结构中的薄弱环节 .提出了板架结构加强筋相对刚度概念 ,确定了破口长度的估算系数 ,同时为舰船结构在水下爆炸作用下的破口数值计算提供了试验数据 ,如材料断裂极限应变等     

水下近距爆炸作用下弹性钢板处的空化特性研究

弹性钢板在水下近距爆炸作用下,冲击波会使其附近流体形成局部空化,脉动气泡会使流体形成锥形空化。利用平面冲击波理论对局部空化的形成特性进行了研究,理论分析了结构目标尺度的变化对空化区域形成的影响,并通过具体试验对局部空化理论进行了验证,两者符合较好;通过试验和数值仿真方法研究了气泡脉动引起的锥形空化的形成特点,初步分析了锥形空化的形成原因。结果表明,锥形空化对结构具有较大的冲击作用。     

垂直刚性面边界条件下水下爆炸气泡运动的理论研究

为研究垂直边界面对水下爆炸气泡脉动的影响,根据势流理论建立了垂直边界面条件下水下爆炸气泡运动的理论模型,编制计算程序进行求解。对水下爆炸气泡脉动运动的特点、流场的速度及压力的分布、气泡引起的载荷形式进行了分析,结果表明,此模型能够反映水下爆炸气泡和周围流体介质的运动规律,并能进行定量的计算。     

水下爆炸载荷作用下受损加肋圆柱壳的剩余屈曲强度计算

研究了在水下爆炸载荷作用下受损的加肋圆柱壳的屈曲.结合DYTRAN软件和NASTRAN软件计算了水下爆炸载荷作用下受损的加肋圆柱壳的剩余屈曲强度,并且提出了一种结合上述两种软件计算加肋圆柱壳的剩余屈曲强度的方法.数值计算表明,预测结果与实验结果吻合较好.     

关于圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下二次加载现象的数值模拟研究

运用大型商业有限元程序MSC.DYTRAN数值模拟了水下爆炸冲击波载荷作用下自由环肋圆柱壳的非线性动态响应.采用一般耦合算法(generalcoupling)模拟流体与结构的耦合效应,计算中考虑了材料的应变率强化效应,几何非线性的影响,分析了空穴现象的产生和二次加载对结构响应的影响.仿真结果表明,相同工况和厚度下的无限自由平板和自由环肋圆柱壳,后者的空化时间比前者长,而壳体运动的最大速度后者比前者低.     

利用微气泡减小平板摩擦阻力的数值模拟

假定气-液两相流体均匀混合且微气泡在水流中存在滑移运动,运用混合多相流模型对水中运动平板的微气泡减阻过程进行了数值计算,研究了微气泡流的减阻机理,分析了主流速度及气体流量率等对减阻率的影响规律,同时构建了一个减阻率预报数学模型,并指出在微气泡减阻中存在一个与主流速度相对应的饱和气流量.