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。     

水下近场非接触爆炸载荷作用下加筋板毁伤变形的数值仿真研究

采用高动态非线性有限元程序MSC.Dytran对复杂加筋板结构在水下爆炸载荷下的动态响应和变形模式进行了仿真分析和模型试验,建立了复杂加筋板架结构水下爆炸作用下动态响应的有限元计算方法.研究了加筋板在水下爆炸载荷下的不同毁伤形式,并利用有限元程序对复杂毁伤形式进行了瞬态毁伤过程分析,认为一定药量近距离爆炸时局部破坏要先于整体破坏.     

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.     

舰船静置爆炸气泡时总纵强度计算方法研究

新型"大气泡能"概念武器在水下爆炸能产生大气泡,对船体总纵强度造成很大影响,有可能使舰体发生纵向折断或倾覆。为研究这种作用,建立了舰船静置爆炸气泡时总纵弯曲强度的理论计算方法。采用静置爆炸气泡的假设,将气泡产生的浮力损失和压力差转化为等效载荷,计算气泡作用后船体的总纵弯矩和剪力并进行强度校核。以某舰艇为例进行计算,结果表明,爆炸气泡作用下船体的剪力和弯矩比静浮状态增大很多,船体发生纵向折断破坏的危险性也随之增大。     

冲击波在多层结构中的传播

对水下冲击载荷在多层结构中的传播规律进行了理论分析,根据分界面上的应力和速度连续性条件得到透射波强度的解析表达式.从理论分析可以看出,舰船结构的多层防护体系对于减少爆炸冲击的损伤具有重要的作用,防护结构的波阻抗越大,防护的效果越好,这种方法可应用于多层防护结构在远场爆炸冲击波作用下的毁伤或防护方面的预测.     

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...     

舰艇结构在水下爆炸冲击作用下损伤响应的相似问题研究框架及其工程应用

通过对加筋板结构在水下爆炸冲击波作用下相似问题的研究方法进行扩展,指出舰艇结构在水下爆炸冲击作用下损伤响应相似问题的研究应分为三步,即准确相似条件研究、近似相似方法研究和模型实验方法研究。在此基础上,提出了相似问题研究的工程运用方向:舰艇结构损伤响应的模型试验预报和舰艇结构损伤图谱。该问题若按所提出的研究框架展开,最终可建立舰艇结构在水下爆炸作用下损伤响应的相似预报体系和用于舰艇结构抗爆抗冲击设计的结构损伤图谱。     

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。     

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.     

921A 钢结构低周疲劳裂纹扩展特性试验研究

采用预制缺口的平板和加筋板结构试样,对 921A 钢进行了拉伸疲劳载荷作用下的低周疲劳试验得到了拉伸疲劳载荷作用下舰体结构破口裂纹扩展规律,提出了破损舰体结构在疲劳载荷作用下裂纹开裂和后续扩展的判据.该试验结果可直接用于分析和预报破损舰船结构在波浪中航行时的裂纹扩展情况,并为破损舰船的剩余疲劳寿命预报奠定了基础.     

圆柱壳承受水下爆炸作用时的动响应

本文提出了有限水域内水下爆炸实验设计的一般考虑方法,结合实验结果得到了各种条件(λ/D)下圆柱壳受水下爆炸作用时的壁压分布规律,采用塑性动力学中绝对最小原理对结构响应进行了数值计算,给出了冲击波作用下圆柱壳响应的一种偏安全估算方法。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

爆炸冲击波作用下板架结构响应研究综述

板架结构是飞机和水面舰艇主要的组成单元,研究其在爆炸冲击波作用下的变形和破坏对目标结构的防护设计具有重要意义。国内外学者对板架结构在冲击波载荷作用下的变形与破坏进行了大量研究,形成了诸多成果。本文中从理论分析、实验研究和数值模拟3个方面总结了爆炸冲击波载荷作用下板架结构响应领域的研究现状,并对未来研究方向提出一些建议,为相关结构的抗爆设计以及战时毁伤评估提供参考。     

鱼雷命中后舰船的载荷计算和剩余强度评估

以某舰船为例,计算了鱼雷在舰船底部非接触爆炸使舰体结构产生破损后由于进水引起的浮态和载荷变化,给出了鱼雷命中破损后波浪弯矩随不同破损部位、不同进水体积的变化规律.计算了破损舰船的弹塑性极限弯矩,并对舰船的剩余强度进行了评估.计算结果表明,鱼雷命中的最危险位置是船中,外载荷的增大和结构承载能力的减小使舰体结构在单发命中时也可能失效.     

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.