水下爆炸作用下船体梁整体运动简化理论模型

针对水下爆炸作用下舰船整体运动响应的理论预报问题,将船体结构简化为等截面直梁,以炸药在船体梁中部正下方爆炸工况为研究对象,将爆炸载荷压力曲线划分为五个典型阶段.结合平板边界条件下的冲击波和气泡载荷压力分布函数,建立了冲击波和气泡联合作用下船体梁整体运动响应的简化理论计算模型,并利用船体梁模型试验对该方法进行了验证.结果表明:所建立的水下爆炸作用下船体梁整体运动响应理论模型具有一定的合理性,能够反映船体梁整体运动过程及响应幅值.     

近距水爆冲击波对船体梁总体毁伤的“刀锋效应”

针对船体梁在船舯底部受到近距水下爆炸冲击波作用下的中拱毁伤现象进行了研究.首先分析了水中装药在船舯底部近距爆炸时对船体梁的冲击载荷时空场.在船体梁运动模式分析的基础上,建立了不同冲击载荷时空场区域下的运动微分方程并进行求解.将计算结果与船体梁模型水下爆炸试验结果对比验证了理论方法的有效性.在分析船体梁运动规律的基础上,揭示了其毁伤机理,并提出了近距水爆冲击波作用下导致船体梁总体毁伤的"刀锋效应"概念.     

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;...     

自由梁在一端受局部三角形脉冲载荷时的塑性动力响应

为了估计局部爆炸载荷对飞行器的影响,采用刚塑性模型分析了自由梁在一端受局部脉冲载荷作用时的塑性动力响应,给出了不同载荷长度作用下梁的变形模式,最后分析了航天飞机在局部脉冲载荷下的断裂问题.研究表明,飞行器在一端受局部的脉冲载荷下更不容易发生断裂.     

地下管道结构爆振效应和冲击破坏行为实验

通过小当量爆炸实验研究爆源近区地下结构动力响应和材料破坏行为.研究了地下管道结构的爆炸振动效应,分析了混凝土材料在爆炸冲击波作用下的破坏行为.结果表明,爆炸振动波使地下管道结构发生以瞬态径向压缩为主的变形,以及沿轴向和环向两方向的刚体振动响应.在爆源近场随爆炸折算距离变化,爆炸冲击渡可以引起混凝土管道结构的3种破坏行为,即结构破坏、结构和材料耦舍破坏以及材料破坏行为.     

自由梁两端受阶跃载荷时的塑性动力响应完全解

采用刚塑性模型分析自由梁在两端点受到集中阶跃载荷作用时的小变形动力响应,给出了不同载荷组合下梁的变形模式,构造了其动力响应完全解,并讨论了塑性耗散在输入结构的能量中所占的比例.与自由梁单点受强动荷载作用不同,梁的变形模式取决于两端点阶跃载荷的某组合函数的值.结果结果表明:只要存在塑性耗散,耗散的能量就占外载输入能量的1/3.     

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。     

预应力梁桥在移动荷载作用下的动力响应分析

建立双折线型预应力钢筋混凝土等直梁的强迫振动的运动微分方程,分析了梁在预应力钢筋作用下的横向振动问题,将运动微分方程解耦,得到梁在预应力作用下固有频率的解析解以及梁振动时的动力响应,分析了梁的固有频率与预应力和偏心距的关系.通过实例计算,得到梁在不同速度移动车辆荷载作用下的动力挠度曲线,给出了是否考虑预应力时梁的动力效应的比较.     

舰艇抗冲瓦整体冲击隔离新概念及其机理研究

基于声阻抗失配原理,提出了舰艇抗冲瓦对水下爆炸冲击的整体隔离新概念.采用波动理论和Taylor平板模型.以冲击波在水、覆盖层、空气层、船体钢中的传播过程为研究对象,建立了实心敷设层结构(消声瓦的简化模型)和带空腔敷设层结构(抗冲瓦)的流固耦合模型.利用Abaqus软件建立舰艇抗冲瓦三维冲击响应模型.算例结果表明,抗冲瓦能够很好地隔离水下爆炸冲击波.大大降低船体结构材料应力和加速度冲击响应峰值,并能在广泛的频域内显著降低舰艇冲击响应.     

圆形效应靶薄板的冲击响应建模及参数影响分析

为了对压力测量效应靶变形与压力转换的影响因素进行研究,以圆形效应靶薄板为研究对象,在理想刚塑性理论的基础上,建立了冲击波压力作用下固支圆薄板的冲击响应模型,得到了薄板塑性变形与冲击波压力峰值、正压作用时间的映射关系。然后设计了外场爆炸冲击波测试试验,对冲击响应模型进行了验证;在此基础上,提出了薄板塑性变形与压力幅值转换的影响因子模型,讨论了不同参数对压力转换的影响。结果表明:建立的响应模型能够描述薄板在冲击波作用下的塑性变形,效应靶变形与压力的转换关系与冲击波正压作用时间和薄板直径有关,当正压作用时间大于10倍谐振周期时,变形与压力转换和正压作用时间无关;而在一定的正压作用时间范围内,影响因子随着薄板直径的减小而趋于稳定,减小直径可以提高效应靶的应用范围。可见,研究结果为压力效应靶的应用及结构设计提供了理论基础。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁动力响应的数值分析

由于爆炸荷载具有峰值压强大、作用时间短的特点,钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应较为复杂。为了深入研究钢筋混凝土梁的抗爆性能,应用瞬态动力分析软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土梁的三维有限元模型。数值模型中钢筋混凝土采用分离式模型,并且考虑了钢筋和混凝土材料的应变率效应。对已有文献中的钢筋混凝土梁承受爆炸荷载的试验进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析,结果表明所采用的数值模型可以较好地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应。在此基础上,研究了钢筋混凝土梁在不同爆炸荷载作用下的破坏模式。分析结果表明,随着峰值压力的增加,钢筋混凝土梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏。     

爆炸荷载下高强钢筋加强混凝土梁抗弯性能

为研究爆炸荷载作用下高强钢筋混凝土梁的抗弯性能,对不同钢筋强度的钢筋混凝土简支梁进行了爆炸试验,从构件的破坏形态、受力和变形特征分析了高强钢筋对试验简支梁抗弯性能的影响.结果表明:高强钢筋强度高的优势在爆炸荷载超过普通RC梁的屈服荷载后才能充分发挥.爆炸荷载较大时,裂缝数量较多的高强RC梁比普通RC梁具有更好的变形恢复能力,损伤程度显著减小.采用高强钢筋使得RC梁裂缝分布区域增大,在塑性变形阶段形成了梁长约60%的塑性区域,改变了RC梁塑性变形阶段的振型.     

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.      

水下爆炸冲击波作用下多层圆柱壳的动响应

研究了无限域流场中球形药包爆炸时两端简支多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的动响应．由于假定流场是无旋、无粘和不可压缩的，故可用Ｌａｐｌａｃｅ方程加以描述；而在圆柱壳的运动方程中考虑了流体动压力和冲击波压力的共同作用．利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对耦合方程进行简化并数值求解，得到了多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的响应特性．     

舰艇抗冲瓦水下爆炸流固耦合冲击动力学模型

 为更好的反映水下爆炸作用下舰艇抗冲瓦芯层复杂结构动力学特性,基于多自由度动力学、Taylor平板理论一阶DAA法,提出了舰艇抗冲瓦在水下爆炸冲击波载荷作用下的流固耦合与冲击动力学模型。抗冲瓦冲击响应分为3个阶段,I阶段是在冲击载荷作用下的一维流固耦合开始阶段,水中气穴开始产生;II阶段芯层开始被压溃,但此时抗冲瓦表层速度开始降低,水质点的附加冲量起到重要作用;III阶段是从减速到回弹阶段,抗冲瓦在弹性恢复力和流体阻尼共同作用下产生减速和反弹。3个阶段的理论模型揭示了水下爆炸作用下抗冲瓦的冲击响应过程。通过理论模型和算例研究发现,所提出的模型能很好的反映具有复杂芯层结构的抗冲瓦在水下爆炸冲击波作用下的缓冲与耗能机理,抗冲瓦芯层密度对其缓冲效果影响显著。这些性能特点可以用于在给定质量情况下对抗冲瓦进行几何优化设计。     

爆炸冲击波对大型复杂舰船结构毁伤效应数值模拟研究

采用有限元软件针对大型复杂舰船在战略武器大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应进行数值模拟研究.建立某航母结构1∶1有限元模型,采用CONWEP方法施加爆炸载荷,研究舰船的动态响应特征,主要分析爆炸当量、冲击波强度等因素对舰船毁伤模式和甲板变形破坏等级的影响.研究结果表明,随着爆炸冲击波传播距离增加,其强度沿飞行甲板表面以指数形式衰减,沿不同层甲板则呈现近似线性衰减特征.随着爆炸当量和冲击波强度的增加,舰船甲板变形破坏等级逐渐增加,舰船毁伤模式由局部塑性变形毁伤逐渐转变为总纵强度毁伤模式,接触爆炸时还会发生结构破损总纵剩余强度毁伤.在小当量爆炸且冲击波强度超过1.0 MPa时,飞行甲板、吊舱甲板和机库甲板会随着冲击波超压强度的增加而逐渐失效;在中等当量且冲击波超压强度超过0.2 MPa时,飞行甲板、吊舱甲板在爆炸后基本失效,机库甲板的功能将受到严重影响;在大当量爆炸且冲击波超压强度达到0.2 MPa时,三层甲板均发生局部区域完全失效.相关研究方法有助于大型复杂舰船结构在大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应评估.     

近场地震作用下高速铁路简支梁桥的碰撞行为

近场地面运动有显著的改变结构响应的特点,使结构产生较大的内力和位移,高速铁路简支梁桥与普通铁路简支梁一样存在着梁缝,在近场地震作用下由于相邻两跨梁之间或是梁与桥台之间运动的不协调导致发生碰撞,这种碰撞现象可能会造成梁体的脱落.本文研究了碰撞现象对桥梁结构产生的不利影响,认为对固定铰支座的影响很大,在支座设计时应该给予重视.     

爆炸冲击波作用下机翼等效靶毁伤效应实验研究

为研究飞机机翼在爆炸冲击波作用下的毁伤效应,采用结构等效和强度等效原理对典型飞机机翼关键部件进行了等效,设计机翼关键部件等效靶.采用TNT药柱爆炸方式产生爆炸冲击波对等效靶进行动态加载,分别获得了以LY12及碳纤维复合板作为蒙皮的等效靶在冲击波载荷作用下的响应过程、失效模式以及冲击波超压与等效靶最终变形量的相互关系.     

长持时爆炸冲击波作用下钢梁动力响应分析

大规模爆炸时引起的长持时平面爆炸波会造成结构的整体破坏,这与接触爆炸或近场爆炸的破坏模式有显著差异,但相关研究不多。为研究长持时冲击波作用下钢梁的动力响应,首先基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了大型数值激波管模型,然后采用该数值激波管得到作用在钢梁上的反射超压时程,最后通过显示动力学方法研究了冲击波入射方向、持时、超压等参数对钢梁破坏模式的影响规律。结果表明：本文提出的数值激波管模型能较好的模拟长持时爆炸波的绕射现象,可得到可靠的反射超压和冲量时程;随着冲击波入射角度的增加,简支钢梁跨中位移增大;冲击波超压峰值相同时,随着持时的增加,简支梁跨中的最大位移有增大的趋势,而最大位移的增长速率则会变缓;简支钢梁在长持时爆炸冲击波作用下容易发射受弯破坏,而梁跨中翼缘板会出现局部屈曲现象。     

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.