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.     

汽车爆炸毁伤特征的实验研究

汽车爆炸在涉爆案事件中越来越常见. 为有效打击国内外恐怖分子，支持汽车爆炸案预防、刑侦与破案工作，本文针对轿车车型进行了爆炸毁伤特征的现场实验研究. 实验分别在汽车底部中心，后备箱中心，驾驶座下引爆炸药. 爆炸过程中两个高速摄影通道记录爆炸毁伤动态过程，同时利用冲击波超压测试系统分析外场不同方向的超压分布规律，并进行了车身壁面压力测试. 实验获得大量汽车爆炸毁伤图像及碎片落点数据，得到较为准确的超压分布数据和部分车身壁面超压状态. 本研究获得了不同炸点位置对汽车爆炸毁伤的影响，以及超压分布等信息，可有效支撑汽车爆炸案事件的现场还原和侦破工作.     

实船水下爆炸冲击试验测量技术

实船水下爆炸冲击试验是舰船抗冲击技术研究的重点内容,测量技术是实船水下爆炸冲击试验中的关键技术.本文从实船水下爆炸冲击试验测量需求、测点管理、测量仪器参试要求、测量仪器冲击防护、测量导线布置、测量控制系统、测量数据初步处理以及测量数据库等方面对试验测量技术进行了较为全面的分析研究,构建了完整的试验测量技术框架,将为中国实船水下爆炸冲击试验测量技术的深入研究和测量工作的有效开展提供有力的参考和支持.     

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.      

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.     

水下爆炸冲击波压力时程的数值模拟

运用LS-DYNA程序对水下爆炸冲击波进行了数值模拟研究.首先模拟了半无限水域下的爆炸冲击波的形成以及气泡运动规律,分析了爆炸波的压力时程曲线.在此基础上,进一步讨论了水下爆炸冲击波与水中结构相互作用的问题,该分析结果可为类似水下爆炸工程实践提供参考.     

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.      

集群系统在水下爆炸仿真中的应用

为提高水下爆炸仿真计算效率,对集群系统进行水下爆炸仿真进行了研究,构建了适用于水下爆炸仿真的高性能计算平台,并基于ABAQUS非线性有限元分析软件进行并行计算,结果表明集群系统大幅提高了计算效率,为开展水下爆炸大规模仿真研究提供参考。     

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。     

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.     

水下爆破对水生物的损伤机理及防护技术研究综述

为加强对水下爆破对水生物损伤的相关认识，指导水下爆破技术发展，查阅了大量文献，总结了前人对水下爆破对生物的损伤机理相关研究，从水下爆炸能量释放及传播规律、水下爆炸损伤机理与效应评估、水下爆炸防护措施等方面详细介绍了相关技术研究进展。结果表明：水下爆炸产生的能量主要以冲击波能和气泡能的形式释放，最后衰减为声波能，但各能量的产生、传递和转化机制尚不清晰。爆破产生的冲击波、声波冲均会对鱼类的肝、脾、肾等内部器官造成不同程度的伤害，甚至破坏鱼类的听力和神经系统，但爆破的水生物损伤模型主要以鱼鳔损伤为基础，作用于鱼体不同易损器官的损伤模型尚未建立，损伤模型对鱼群种类、体型大小的评价不足；水下爆破还会对水环境造成扰动，影响鱼的呼吸、摄食、孵化率和成活率，但爆破引起的水环境的变化长期生物效应研究是一个重点方向。水下爆破对生物多样性的影响也颇具研究意义。目前水生物的主动防护措施主要集中在装药结构起爆方式的改进以及对水生物的驱赶，被动防护手段包括气泡和高分子帷幕、预裂缝和减振沟槽等。可研发新型炸药或者非爆手段替代主动减小冲击波。基于声学的驱鱼方式是一种重要手段，但结合水下视觉系统，实现可视化和可评价的“清场”。被动防护措施主要集中在气泡帷幕防护技术，其他手段缺乏相关的试验和理论研究。主被动联合防护可达到较好的防护效果，但两者的协同机制研究是研究的重要方向。     

舰船水下非接触爆炸抗冲击技术综述

舰船水下非接触爆炸抗冲击技术是提高现代舰船生命力和战斗力的重要内容,也是一项多学科、多领域交叉的系统工程,正日益受到重视.本文对该技术的体系构成、主要特点、核心问题、关键技术及其发展趋势进行了全面总结,深入分析了舰船抗冲击技术的国外发展状况和中国的差距,提出了中国开展舰船抗冲击技术的主要方向,并强调将该技术与舰船研制进程紧密结合是提高中国舰船抗冲击性能的必由之路.     

空中和水下爆炸时钢筋混凝土板动态响应对比分析

 利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立钢筋混凝土板在不同介质中（空中和水下）爆炸的数值模型,在对比分析爆炸冲击波在空中和水下传播特性的基础上,研究了空中和水下爆炸冲击波对钢筋混凝土板动态响应及损伤程度的影响,并对比分析了不同炸药量及起爆距离对钢筋混凝土板在空中和水下爆炸时动态响应的影响规律。研究表明,在近爆区域内,爆炸冲击波在空中和水下的传播特性存在较大的差异：在空中的传播速度较水下快,并且冲击波压力在空中衰减较水下快;但水下爆炸冲击波压力峰值较空中爆炸大很多,对钢筋混凝土板的潜在破坏能力较强。两种介质中爆炸时钢筋混凝土板的破坏形态对比分析,发现无论是迎爆面还是背爆面,同等炸药量及起爆距离下水下爆炸时混凝土板损伤程度均较空中爆炸时大。     

水下爆炸作用下近岸场地动态响应数值模拟

以某近岸场地为研究背景,通过选取合理的材料本构模型及状态方程,建立水下爆炸荷载作用下近岸场地动力响应数值分析模型,利用ANSYS/LS-DYNA进行近场水下爆炸荷载作用下动态响应分析。研究爆炸冲击作用下冲击波在近岸场地的传播特性以及近岸场地动态响应的变化规律。研究表明：在冲击波传播过程中,其传播特性会受到边界面的影响;炸药的起爆位置对近岸结构产生的影响较大,水中起爆对近岸结构产生的冲击要大于水底起爆。     

冲击载荷下船舶设备与船体结构一体化动响应研究

针对船舶设备在水下爆炸冲击环境下,其动态响应情况直接影响设备的工作性能和可靠性的问题.从系统耦合振动理论出发,基于设备与船体一体化抗冲击分析方法,采用数值模拟方法对水下爆炸条件下的船舶大型设备及船体结构进行冲击响应时域分析.研究结果表明,采用一体化分析方法的结果与实际试验吻合较好,同时通过确定合理的舱段长度,既可以减少计算规模,又能得到好的计算精度.     

厦门海域水下爆破中的冲击波监测与分析

水下爆破中所产生的冲击波等强噪声对海洋生态环境具有重大的影响.本文构建了一套实时的水下爆破冲击波声学监测系统,对厦门港现代码头的水下爆夯进行了现场实时监测.采用PULSE声学振动分析软件及MATLAB数据分析软件对水下爆破中的冲击波进行了时-频分析;对同次爆破在不同距离上所测的水下爆夯冲击波强度进行了比较,初步得到厦门港水下爆破中冲击波强度随距离的变化关系.     

水下爆炸载荷下小型目标变形及冲击损伤试验

采用双腔内部填沙圆柱壳体(硬模型)模拟含内部装填物的水下实体结构,对圆柱壳体在水中受球形三硝基甲苯（TNT）炸药产生的冲击载荷作用下的动力响应过程及其冲击破坏进行研究.对不同装药量、爆炸距离和爆炸方位下的内部填沙圆柱壳体目标与空壳目标（软模型）进行了爆炸冲击试验,并将内部填沙圆柱壳体与空壳圆柱壳体在相同爆炸条件下的试验结果进行比较.结果表明,相同爆炸条件下,填沙圆柱壳体比空壳圆柱壳体抗爆能力强,填沙圆柱壳体模型的冲击破坏主要集中于仪器舱段,装药舱段很难破坏,空壳圆柱壳体的冲击破坏主要发生在较薄的主舱段,表现为壳体表面轴向撕裂.     

壳体结构受水下爆炸的危害距离讨论

研究了圆柱壳体受爆炸冲击波和初始静压力作用下发生屈曲的爆炸距离，根据壳体失稳给出抗水下爆炸的一种危害距离的估算方法，其结果与实验值相符。     

水下爆炸载荷的静态等效方法

水下爆炸对水中结构物的作用一是直接压力,另一个是使结构物产生速度和加速度,而且,不仅仅是结构物产生速度和加速度,其附加质量(也称附连水质量)也产生相应的加速度,即:爆炸要同时改变结构物和附加质量的动能与动量。水下爆炸作用下结构物的响应研究极其复杂,计算量极大。如果能采用静态等效的方法分析结构的响应,不但使结构分析过程得到简化,更重要的是为结构设计提供一个等效载荷值和施加方法。根据能量原理、动量原理和达朗贝尔原理,给出了水下爆炸载荷静态等效研究的分析方法和计算方法,并通过算例对该算法进行了验证。结果表明:提出的静态等效方法可行。