近场水下爆炸载荷对舰船结构的局部毁伤特性

主要采用任意的拉格朗日-欧拉（ALE）方法的LS-DYNA软件,对舱段结构在水下近场爆炸与水下接触爆炸情况下的毁伤特性进行研究.为验证该方法的有效性,首先运用该方法对TNT炸药在水下爆炸产生的冲击波峰值进行模拟,将模拟得到的仿真值与经验公式的计算值进行对比,从而验证该方法的有效性.运用该方法对平板水下接触爆炸实验进行验证,将模拟结果与试验结果进行对比,进一步验证ALE方法的有效性.最后,采用ALE方法分别对不同结构型式的舱段在水下近场爆炸与水下接触爆炸进行数值模拟,研究不同结构型式舱段结构在不同工况下的毁伤特性,定量分析破口大小与结构毁伤模式.      

不同敏化方式的乳化炸药水下爆炸能量测试

利用水下爆炸测试系统，对使用化学敏化剂亚硝酸钠、物理敏化剂膨胀珍珠岩和玻璃微球敏化的乳化炸药的水下爆炸能量进行了实验研究，比较了在相同条件下三种敏化方式的乳化炸药的水下爆炸能量。研究结果表明：在相同条件下，玻璃微球敏化的乳化炸药的水下爆炸能量最大，亚硝酸钠敏化的乳化炸药的水下爆炸能量次之，珍珠岩敏化的乳化炸药的水下爆炸能量最低。     

水下爆炸能量耗散特性分析研究

基于特征线理论得到了水中冲击波的近似传播规律,提出了炸药水下爆炸冲击波传播过程中的熵变及能量耗散特性的近似评估方法.使用该评估方法,对TNT和RS211两种炸药水下爆炸近场冲击波传播过程中的能量耗散进行了计算.研究表明,水下爆炸近场的冲击波超压峰值迅速衰减,熵增与能量损失主要发生在水下爆炸近场的10倍装药半径范围内.对于TNT和RS211两种炸药,20倍装药半径处水中冲击波的能量耗散分别约为水下爆炸总能量的34%和32%,与水下爆炸试验结果基本一致.     

水下爆炸研究现状及发展方向展望

水下爆炸研究带有明显的军事目的,在中国越来越受到重视.在对国内外及研究内容进行了归纳分类,并对水下爆炸能量释放及传播规律、水下爆炸毁伤机理与效应评估、水下爆炸测试技术、水下爆炸仿真技术4方面研究内容进行了综述.根据国内外研究进展,对今后水下爆炸研究内容及发展方向进行了展望.     

水下爆炸近场载荷的试验与数值模拟

借助于小药量水下爆炸试验及数值模拟研究了水下爆炸近场载荷及其运动特性。试验在爆炸水箱中进行,采用同时分幅扫描超高速光电系统拍摄炸药爆炸后视场600 mm×600 mm以内的冲击波及爆轰产物演化过程。使用LS-DYNA软件的ALE方法计算了水下爆炸近场冲击波、爆轰产物气体运动特性,以及冲击波峰值压力和爆轰产物气体与水介质边界压力变化特性,数值模拟结果与试验结果有很好的近似。在试验和数值模拟基础上,提出了适用于水下爆炸近场的冲击波运动、峰值压力的变化规律,并建立了爆轰产物气体初期膨胀运动规律及压力变化。     

水下光电成像系统计算机仿真

为进行水下目标探测,该文针对Jaffe模型的不足,利用小角度近似原理,建立了水下光电成像系统的理论模型。考虑散射光的影响,给出了给定距离处的水下成像面各像素的信号辐射量的计算方法和对比度模型。对常规激光助视水下成像探测系统进行了仿真,研究了光源系统和接受系统的距离与成像对比度的关系。与Jaffe模型相比,该文所建模型中变量的物理意义更加明确,而仿真结果与其类似,证明该文所述方法的正确性。     

球形装药水下爆炸初始冲击波能量计算

文中运用流体动力学理论,水中冲击波理论,对某些工业炸药和单质炸药水下爆炸后爆炸气体产物与水交界面初始冲击波参数及初始冲击波能量进行了计算.计算结果可为炸药水下爆炸总能量提供依据.     

爆炸荷载多尺度分析方法在仿真计算中的应用

基于爆源子结构的爆炸荷载多尺度分析方法为复杂工况和大范围场地的爆炸数值计算提供了高效解决途径.该方法虽然理论清晰，计算效率高，但涉及大量空间节点数据的比对和读写，直接在仿真计算中应用可能会存在操作困难等问题.本文简要介绍了该方法的基本理论，研究了该方法在仿真计算中的应用技术，对单爆源和多爆源2种算例进行了对比分析.研究结果表明，爆炸荷载多尺度分析方法可较好地应用于大当量爆炸荷载作用下的大范围工程场地动力响应计算，计算效率显著优于炸药-介质-目标整体计算模型.计算得到的标准化爆炸荷载可快速加载至介质任意位置，避免重复建模和流固耦合计算，大幅提高计算效率.基于Python的自编程序可快速准确比对和读写空间节点坐标和数据信息，极大提高前处理效率.     

基于MPI的并行算法在交通仿真中的应用

针对在单个处理器上大规模路网实时仿真效率低下的情况, 研究了用MPI/OOMPI并行计算库搭建交通仿真集群系统, 建立了交通路网仿真数据结构.使用正交递归对分法把大规模交通路网分割成若干子网, 使每个集群节点处理1个子网, 有效地把计算负载转移到各个节点上. 实验结果表明, 该方法较好地满足了大规模路网仿真的需要.      

基于VOF法的近自由面水下爆炸气泡运动数值模拟

对于近水面水下爆炸气泡的运动特性,在结合SOLA算法差分格式,利用投影算法对气泡的控制方程进行数值求解的基础上,基于VOF法进行了数值模拟,并利用MSC.DYTRAN软件进行仿真分析,通过对两者的分析结果对比研究. 结果表明,基于结合SOLA算法差分格式的投影算法,利用VOF法可对水下爆炸气泡各时刻的运动界面进行较精确的捕捉和重构,从而实现精确追踪水下爆炸气泡脉动全物理过程的运动界面. 同时,也研究了距离参数对气泡坍塌、射流及环状气泡的影响,掌握了距离参数对近水面水下爆炸气泡运动特性的影响.      

典型舰船结构的水下爆炸耦合毁伤研究进展

随着精确制导、控制及超空泡技术的快速发展和应用，水下武器的命中精度和航行速度不断提升，对水下武器的高效毁伤能力提出了新的需求.水下武器攻击舰船目标时，爆炸冲击波、壳体碎片、气泡脉动、气泡射流以及空化效应等多种毁伤元共同对舰船目标造成毁伤破坏；此外,多发水下武器时空协同作战会对舰船目标造成耦合毁伤破坏.因此，研究多类型毁伤元、多发武器对舰船目标的耦合毁伤机理及模式是提升水下武器毁伤能力的关键.基于此，对比分析了水下接触爆炸、近距离爆炸以及中远距离爆炸时毁伤元耦合毁伤模式的区别.并从理论研究、仿真模拟以及试验验证等方面，对多类型毁伤元的耦合毁伤机理、典型舰船结构的耦合毁伤效应及基于时空协同的多发弹耦合毁伤作用的研究进展进行了梳理和归纳.在此基础上总结了现阶段针对舰船目标的水下爆炸耦合毁伤研究结果，对水下武器高效毁伤的研究方向进行了探讨，旨在为水下武器的高效毁伤技术研究提供参考.     

国外舰载设备抗冲击考核研究方法概述

舰艇在水下非接触爆炸中,舰载设备的抗冲击能力最弱,各海军强国十分重视舰载设备抗冲击考核研究工作.目前国外对舰载设备的考核研究主要通过冲击机试验、浮动冲击平台试验、仿真计算实验及实船爆炸试验四种方式进行.本文对国外舰载设备的抗冲击考核研究方法进行归纳总结,对国内开展舰载设备的抗冲击考核研究提供参考.     

水下爆炸试验工程系统研究

该文分别从技术和管理角度分析了水下爆炸试验工程任务,运用系统理论,阐述了水下爆炸试验结构及内在因素的相互关系,从而从整体上把握水下爆炸试验。在全面考虑爆炸试验可靠、安全的基础上,确保水下爆炸试验工程的整体优化,高效优质地完成任务,为进一步科学规划水下爆炸试验场的建设提供设计依据。     

爆炸水幕高度变化规律实验研究

为研究小当量装药近水面水下爆炸时水幕高度的变化规律,进行了0.6g RDX等高圆柱形装药在14个起爆深度的水下爆炸实验.采用两台同步高速录像机分别记录水幕运动和气泡脉动的图像,通过进一步的数据处理,获得水幕高度随起爆深度和时间的变化规律.对实验数据进行量纲一化处理,并采用二元多项式拟合的方法,获得了量纲一化水幕高度的工程计算模型.该模型计算结果与1kg RDX装药海上实验结果进行对比,所得误差均小于5%.研究结果表明,所获得的量纲一化水幕高度工程计算模型比Swisdak计算公式更具有通用性,适合小当量装药近水面水下爆炸时水幕高度的工程计算.     

水下爆炸冲击过程三维数值模拟

为研究无限域和近水面水下爆炸冲击波压力特点以及近水面的物理特性,基于多物质ALE方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对无限域和近水面水下爆炸进行了三维数值模拟,再现了爆轰产物、水以及空气多物质介质间的相互作用过程。分析发现,在爆深不变的情况下,随着测深的减小,自由面对冲击波的影响主要体现在减小入射冲击波波形脉宽和削弱冲击波峰值压力上;相同当量炸药在自由面产生的水柱,其上升的速度随着爆深的减小而逐渐增大。定性地分析了近水面水下爆炸的密度分布情况,以及不同爆深情况下自由面水柱的形成过程。通过数值模拟研究了冲击波压力值的特性,并与经验值进行了对比,验证了计算模型具有较好的计算精度,同时三维再现了水下爆炸的复杂物理现象。     

基于LAMMPS系统的集群运算系统架构

为解决分子动力学计算系统LAMMPS(Large scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)运算数据量大、不易控制的问题,应用云计算方法,设计了智能化、高效化的集群LAMMPS运算系统架构。该架构将FTP(File Transfer Protocol)存储技术、UDP(User Datagram Protocol)快速网络传输、LAMMPS分子动力学计算技术相结合,降低了运算过程中的人工干预,提高了分子模型处理效率,并为分子级别物理、化学的计算机仿真研究提供了新的集群化解决方案。     

近自由面水下爆炸气泡与破损结构耦合作用机理研究

近自由面水下爆炸气泡的动态特性非常复杂,研究其与破损结构的耦合作用机理对于发挥武器的二次攻击毁伤能力具有重要的意义. 基于耦合欧拉-拉格朗日方法,建立了近自由面水下爆炸模型,讨论了（不）完整直角结构近自由面水下爆炸过程中气泡的动态特性,揭示了近自由面水下爆炸气泡与破损结构耦合作用机理. 首先建立近自由面水下爆炸模型,将气泡形态、最大半径、周期等仿真结果与实验数据对比,验证数值模型及计算方法的有效性. 探究了完整和破损结构的存在对近自由面水下爆炸气泡动态特性的影响,发现结构与自由面的共同作用使得气泡出现射流偏折、水冢一侧凹陷和气泡破碎等现象. 结果显示破口尺寸参数γ在0.070~0.085区间内,气泡在结构一侧将形成倾斜射流,破口尺寸的增大对射流的头部宽度、头部速度和倾斜角度呈现明显的正向影响.      

海底管道SSIV设置研究

针对海底管道水下隔离阀系统(SSIV)设置成本过高而存在的设置必要性问题,建立基于定量后果分析的SSIV评估系统.基于历史数据库研究海洋立管和海底管道的泄漏频率,通过实验与经验模型进行对比确定气池直径的计算方法,并运用PHAST软件计算火灾事故后果,用自主开发软件定量计算水下油气泄漏扩散后果；在此基础上对火灾爆炸事故后...     

一种舰艇水下爆炸冲击响应的简化分析方法

针对舰船设计初期缺少水下爆炸冲击响应预估方法的问题,提出了一种将DDAM方法和Taylor平板理论相结合的舰艇水下爆炸冲击响应理论模型。该理论模型根据Taylor平板理论将船底简化为自由平板,根据DDAM方法将船体结构各层甲板简化为质量-弹簧系统以模拟各层甲板对底舱的反作用。计算得到了船体结构各层甲板冲击响应,并与缩比模型试验数据进行了对比验证。结果表明这种简化分析方法能够较好模拟舰艇舱段各层甲板在水下爆炸的冲击响应,可为舰艇设计初期的冲击环境预估提供借鉴。     

考虑环境影响的水下电场通信组网算法

为提升自主式水下航行器集群协作能力, 减少群体网络能耗的同时进一步提高网络可靠性, 提出一种考虑实际水域电导率影响并采用水下电场通信方式的仿生鱼群自组网算法. 该算法基于节点间通信时间计算节点优先级, 进而确定节点角色与功能, 生成水下集群协作网络模型, 实现小规模仿生鱼群的快速组网. 以目的坐标为导向的子节点、 失散节点自主巡航功能和主控节点备份功能的设定, 不但能实现群体失散节点的寻回, 而且间接优化了网络协作模型, 减少了群体网络节点间的路由维护信息, 有效节约网络能耗的同时也增强了系统安全性. 仿真实验结果证明了算法的有效性和实用性.