肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下声振特性的影响

采用结构有限元耦合流体边界元方法对不同肋骨、舱壁布置形式的圆柱壳的流固耦合响应进行了计算。通过波数谱方法,结合柱壳规则波的声辐射效率,对不同波数成分结构波的振动与声辐射进行了量化。运用等间距与不等间距结构振动理论揭示了肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下振动与声辐射特性产生影响的机理。研究发现:结构不等间距布置的圆柱壳水下振动特性整体上较优,但受壳体周向振动模式影响较大;结构不等间距布置的圆柱壳声辐射特性并不一定优于结构等间距布置的圆柱壳声辐射特性。     

圆柱壳体结构振声传递特性试验研究

为了研究圆柱壳体的振声传递特性,首先对某内部含T型组合板结构的潜艇舱段缩比双层圆柱壳体开展了振动与辐射噪声测试;然后,基于谱相关系数和振声传递函数,分析了扫频激励下圆柱壳体结构的振声测试数据。两种方法的分析结果都表明:相对于T型组合板中水平板的振动,竖直板的振动对圆柱壳体辐射噪声贡献更大,由此证明控制竖直板的振动是一种有效降低此类圆柱壳体声辐射的方法。     

圆柱壳在轴向压力作用下的稳定性和振动特性

利用Hamilton原理得出轴向压力作用下圆柱壳位移增量的动力学方程,推导了方程的解析解。通过数值计算,分析了轴向压力作用下圆柱壳的临界屈曲压力随壳体长度变化的曲线,讨论了壳体几何参数(L,h)变化和轴向力幅值变化对振动频率影响的变化曲线。数值计算结果表明,圆柱壳的临界屈曲压力与失稳模态紧密相关;圆柱壳的自振频率随壳体的长度增加而下降,随壳体的厚度增加而提高;圆柱壳的自振频率和最低频率随轴向压力的增大而下降。     

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.     

夹芯复合材料圆柱壳在静水压力下的承载能力试验

为研究极限复合材料圆柱壳在静水压力下的损伤现象和机理,首先基于钢制耐压壳比重大以及声学和磁学性能差的缺点,提出了使用夹芯复合材料圆柱壳作为潜水器耐压壳的新型结构形式;然后,采用试验研究,比较了两种模量芯材的夹芯复合材料圆柱壳结构在静水压力下的承载能力;最后,根据两种壳体的特点,设计了两种不同的试验方案进行试验,得到了壳体的失效载荷,并通过应变片测定了壳体复合材料表层上相应测点在试验过程中的应变数据。得到以下结果:HW-S01壳体受到屈曲效应的破坏,而HW-055壳体由于局部复合材料应力过载而失效;HW-S01壳体的试验失效荷载为1.34 MPa,HW-055壳体的失效载荷为11.2 MPa。试验结果表明:该夹芯复合材料圆柱壳有能力承受超过1 000 m水深的静水压力,可以对大潜深潜水器全复合材料耐压壳的设计研究提供参考。     

圆柱壳受水下爆炸冲击波作用的壁压分析

本文首先对圆柱壳受水下爆炸冲击波作用下的流体与结构的相互作用进行了分析,导出了在近距离、小药量爆炸条件下圆柱壳表面实际壁压的近似公式。在此基础上对圆柱壳爆炸实验的实测壁压进行了分析。结合壳体在冲击波作用下弹塑性响应的计算结果,对实测壁压给出了合理的解释。为进一步进行壳体响应分析打下了基础。     

展向局部加热与圆柱尾流的绝对不稳定性

采用对圆柱展向局部电加热的方式,在水槽中实验研究了临界/亚临界雷诺数圆柱尾流的绝对不稳定性.利用可控电加热改变圆柱表面温度分布,对二维圆柱绕流引入局部三维扰动,观察其对于临界/亚临界雷诺数圆柱尾流稳定性的影响.研究表明,在临界雷诺数状态,圆柱绕流尾流具有绝对不稳定性;在亚临界雷诺数状态,圆柱绕流尾流则是对流不稳定的.加热圆柱展向局部涡脱落存在锁频现象.     

具有初始挠度的环肋圆柱壳在静水外压作用下的应力分析

本文讨论了壳板初挠度对环肋圆柱壳在静水外压作用下应力分布的影响,用理论分析的方法预报了有初挠度壳体中的应力。通过对涡型初挠度的讨论,建立了初挠度范围因子的概念,提出了具有普遍意义的初挠度数学模型,并且用线性小挠度理论对具有非轴对称初挠度的弹性环肋圆柱壳进行了求解并与SAPV计算结果进行了比较。理论分析表明,初桡度范围对壳体应力也有较大的影响,外凸和内凹初挠度对壳体应力的影响是不同的。因此,应该综合讨论初挠度幅值、范围以及凸凹形式对环肋圆柱壳壳体应力的影响。     

受压带肋圆柱壳体固有振动频率和稳定性计算

论述了丧失舱段总稳定性是潜艇耐压壳体在深潜时的主要破坏模式 .并将振动屈曲理论应用于潜艇耐压壳体稳定性的研究 ,在 Donell公式的基础上 ,导出了带肋圆柱壳体的整体固有振动频率与壳体所受外界水压之间的关系表达式 ,据此解出带肋圆柱壳体整体失稳的理论压力值 .最后 ,将公式的计算结果、实验结果和有限元法的计算结果进行比较 ,得出几点结论 .     

带壳体云爆弹药液体燃料抛撒的数值模拟

建立了带壳体云爆弹药数值模拟模型,分析了圆柱壳体的断裂准则。壳体材料采用Johnson-Cook热粘性本构方程,断裂准则采用Taylor断裂应力准则,应用Autodyn软件进行了数值模拟,给出了内部爆炸载荷下液体燃料的压力曲线和速度曲线,并进行了分析。     

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.     

Shock wave mitigation using zig-zag structures and cylindrical obstructions

The present study focuses on the mitigation of shock wave using novel geometric passages in the flow field. The strategy is to produce multiple shock reflections and diffractions in the passage with minimum flow obstruction, which in turn is expected to reduce the shock wave strength at the target location. In the present study the interaction of a plane shock front (generated from a shock tube) with various geometric designs such as, 1) zig-zag geometric passage, 2) staggered cylindrical obstructions and 3) zig-zag passage with cylindrical obstructions have been investigated using computational technique. It is seen from the numerical simulation that, among the various designs, the maximum shock attenuation is produced by the zig-zag passage with cylindrical obstructions which is then followed by zig-zag passage and staggered cylindrical obstructions. A comprehensive investigation on the shock wave reflection and diffraction phenomena happening in the proposed complex passages have also been carried out. In the new zig-zag design, the initial shock wave undergoes shock wave reflection and diffraction process which swaps alternatively as the shock front moves from one turn to the other turn. This cyclic shock reflection and diffraction process helps in diffusing the shock wave energy with practically no obstruction to the flow field. It is found that by combining the shock attenuation ability of zig-zag passage (using shock reflection and diffraction) with the shock attenuation ability of cylindrical blocks (by flow obstruction), a drastic attenuation in shock strength can be achieved with moderate level of flow blocking.     

杀伤爆破弹在反坦克作战中的应用

分析了坦克装甲防护系统与反坦克武器系统的现状和发展趋势,提出了以杀伤爆破弹反坦克的思想,分析了杀伤爆破弹反坦克的可行性和毁伤机理,并通过试验进行了验证,提出了测试杀爆弹的破片和冲击波综合毁伤效果的方案,对我军反坦克武器的发展具有一定的借鉴意义。     

加肋圆柱壳结构的FE-IE算法网格尺度划分原则

为了研究结构有限元耦合流体无限元算法的网格尺度划分原则,提出有限元-无限元算法中结构湿表面的网格尺度划分原则。数值计算结果表明,对加肋圆柱壳而言,在保证一个肋骨间距至少有2个有限元单元的前提下,将结构主振型弯曲波波长作为有限元-无限元算法中结构湿表面网格尺度划分的参考标准是可行的,即保证一个主振型分量波长内至少有6个有限元单元。提出以结构主振型分量的弯曲波波长(而不是最短的结构波长)作为有限元-无限元算法中网格尺度划分的参考标准,所得结论对于有限元-无限元算法中结构湿表面的网格划分以及控制内域流体有限元数量均具有十分重要的参考意义。     

双球破片冲击柱壳装药的临界起爆条件

为了研究导弹战斗部(柱壳装药)在破片场中的累积毁伤问题,在现有单破片起爆平板装药的Jacobs-Roslund经验准则的基础上,分别建立了考虑破片尺寸、破片撞击角度、柱壳装药的装药半径和壳体厚度的单球破片、双球破片冲击柱壳装药临界起爆条件的工程分析模型.该模型计算结果与数值模拟结果和现有试验结果相吻,证明利用该模型能较...     

Fracture mechanism of a cylindrical shell cut by circumferential detonation collision

The failure mechanism of a cylindrical shell cut into fragments by circumferential detonation collision was experimentally and numerically investigated. A self-designed detonation wave regulator was used to control the detonation and cut the shell. It was found that the self-designed regulator controlled the fragment shape. The macrostructure and micro-characteristics of fragments revealed that shear fracture was a prior mechanism, the shell fractured not only at the position of detonation collision, but the crack also penetrated the shell at the first contact position of the Chapmen-Jouguet (C-J) wave. The effects of groove number and outer layer thickness on the fracture behavior were tested by simulations. When the thickness of the outer layer was 5–18 mm, it has little effect on fragmentation of the shell, and shells all fractured at similar positions. The increase of the groove number reduced the fracture possibility of the first contact position of the C-J wave. When the groove number reached 7 with a 10 mm outer layer (1/4 model), the fracture only occurred at the position of detonation collision and the fragment width rebounded.     

敷设气囊的充水圆柱壳的声辐射

为降低充水圆柱壳受内部点声源激励时的水下辐射噪声，在其外壳上敷设气囊，形成气囊圆柱壳。为指导气囊圆柱壳的设计，将充水裸圆柱壳和充水气囊圆柱壳分别简化为单、双层无限长隔板。比较隔板、气体与水的波阻抗，分析了气体声速与层厚对双层无限长隔板在平面声波入射时低频声辐射的影响机理。分析表明，声速小的气体和适当的气层厚度可以降低双层障板的辐射噪声。采用声无限元法计算了气囊圆柱壳的水下声辐射，结论与对隔板的机理分析吻合。优化设计出的充水CO2气囊圆柱壳的水下辐射声功率与远场辐射声压明显低于充水裸圆柱壳。     

Study on energy release characteristics of reactive material casings under explosive loading

Reactive Materials (RMs), a new material with structural and energy release characteristics under shock-induced chemical reactions, are promising in extensive applications in national defense and military fields. They can increase the lethality of warheads due to their dual functionality. This paper focuses on the energy release characteristics of RM casings prepared by alloy melting and casting process under explosive loading. Explosion experiments of RM and conventional 2A12 aluminum alloy casings were conducted in free field to capture the explosive fireballs, temperature distribution, peak overpressure of the air shock wave and the fracture morphology of fragments of reactive material (RM) warhead casings by using high-speed camera, infrared thermal imager temperature and peak overpressure testing and scanning electron microscope. Results showed that an increase of both the fireball temperature and air shock wave were observed in all RM casings compared to conventional 2A12 aluminum ally casings. The RM casings can improve the peak overpressure of the air shock wave under explosion loading, though the results are different with different charge ratios. According to the energy release characteristics of the RM, increasing the thickness of RM casings will increase the peak overpressure of the near-field air shock wave, while reducing the thickness will increase the peak overpressure of the far-field air shock wave.     

考虑扩散效应圆形隧洞热弹性耦合动力响应研究

利用S-H热弹性扩散的基本理论,研究了无限弹性介质中圆形隧洞表面受随时间变化的热冲击的动力响应问题.采用直接求解方法以避免势函数的引入,利用Laplace变换技术,求解热、力、化学耦合控制方程,获得了弹性介质中温度梯度、位移、应力和化学势的积分形式解.最后,利用Laplace逆变换得到数值结果,分析了热、力、化学耦合条件下弹性介质中温度梯度、应力、位移和化学势响应的分布规律.     

纵桁对环肋圆柱壳体水下振动与声辐射的影响

采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,对具有不同数量纵桁的加筋环肋圆柱壳水下振动与声辐射噪声进行了数值计算,并对数值计算结果进行了初步的比较和分析,讨论了纵桁的数量对圆柱壳水下振动与声辐射的影响.结果表明:纵桁对圆柱壳水下的减振降噪有较好的效果,并且纵桁的数量越多,减振降噪效果越好,但增加纵桁的数量也相应增加了艇体的重量,在潜艇结构设计时须在降噪及艇体重量间综合权衡.