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.     

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.     

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。     

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.     

基于DDAM方法的舰艇导弹发射装置冲击仿真

舰船设备抗冲击性能是评价舰艇生命力的重要因素之一.应用美国海军用以考核舰船设备抗冲击性能的动态设计分析方法(DDAM),考核舰船甲板设备四联装导弹发射装置的抗冲击性能.通过模态理论分析,导出DDAM方法中的重要概念模态质量.仿真结果表明,四联装导弹发射设备横向冲击位移响应最大,纵向冲击mises应力最大,并超出材料许用应力范围,抗冲击性能不能满足舰船设备抗冲击考核要求.垂向抗冲击性能和纵向抗冲击性能达到舰船设备抗冲击考核要求.     

参数对冲击波作用下船体梁变形的影响特性

将船体结构简化为刚塑性等截面直梁,提出了一种计算船体梁在近场爆炸冲击波作用下发生整体塑性运动响应的理论模型.以该理论模型为基础,研究了船体梁在近场爆炸冲击波作用下的一般运动响应特性,分析了不同爆炸工况及结构几何参数对响应特性的影响.结果表明:在常见爆炸工况下,船体梁的塑性变形表现为先正向上升,后反向下降的过程,并且以反向变形损伤为主;同一爆炸工况下,船体梁的最终塑性变形量与极限弯矩、长度、宽度以及底板厚度之间呈线性关系.     

爆炸荷载下夹层玻璃曲板的动态响应分析

采用理论与有限元仿真相结合的方法,研究爆炸荷载下夹层玻璃曲板动态响应的计算方法.推导了固支边界夹层玻璃平板的动态响应理论计算方法,发现PVB弹性模量对理论计算精度有重要影响.继而对爆炸荷载下夹层玻璃曲板的动态响应进行了研究,发现夹层玻璃曲板存在两个稳定的曲板系数(CCP),为曲板动态响应计算提供了一种简化的方法,即根据同样尺寸的夹层玻璃平板动态理论计算最大挠度和最大主应力,相应乘以曲板系数即可预估夹层玻璃曲板的最大挠度和最大主应力.文中还定性分析了夹层玻璃曲板几何参数对曲板系数的影响,拟合得到了经验公式,为夹层玻璃曲板动态响应的预估提供了一种简便、实用的计算方法.     

关注舰艇生命力和战斗力:舰艇抗冲击技术研究

舰艇抗冲击技术研究始于19世纪。早在1860年,美国海军就开展了实船的船体抗爆试验。在第二次世界大战中,敌方水中兵器的水下爆炸冲击,造成了美国海军舰艇严重破坏,损失惨重,这使美国海军充分认识到要提高舰艇的生命力,不仅要改进舰艇的结构设计,而     

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.     

敷设声学覆盖层结构在水下爆炸作用下的流固耦合分析

为解决水下冲击波作用下带声学覆盖层结构的动响应问题,提出了敷设声学覆盖层结构遇水下非接触爆炸冲击波的流固耦合分析方法.冲击早期高频作用段采用声学波动理论,以冲击波在水、覆盖层、钢板中的传播过程为研究对象,利用冲量等效修正冲击早期Taylor板模型反射系数;冲击波早期高频段过后,覆盖层的影响主要体现在其质量效应上,将覆盖层质量加载在其对应的结构有限元结点上,并结合二阶DAA,给出流固耦合计算方法,分析结构动响应,该方法大大缩减了有限元计算规模.最后实施了敷设去耦瓦加筋圆柱壳水下爆炸试验,其加速度峰值与试验偏差在20%以内,速度峰值偏差在10%以内,应变峰值偏差在15%以内,充分验证了计算方法.     

刚度、阻尼矩阵非对称性对气动导数识别的影响

针对桥梁结构节段模型风洞测振试验中因风的作用而导致的系统刚度矩阵和阻尼矩阵的非对称性可能影响识别结果这一问题,利用状态空间法仿真薄平板模型在均匀风场中的自由衰减响应和紊流场中的抖振响应,分别采用特征实现算法(ERA)和随机子空间法(SSI),识别出均匀流场和紊流风场中的理想薄平板模型气动导数.通过与仿真所用的薄平板模型的气动导数理论值的对比,确定等效刚度矩阵和等效阻尼矩阵的非对称性对系统识别方法所得结果的影响.仿真结果表明,目前,应用比较广泛的ERA方法和SSI方法,均对阻尼矩阵和刚度矩阵的非对称性具有足够的适应性.     

滑跃式甲板气流场数值模拟

利用FLUENT软件对舰船进行数值模拟,与已有风洞实验数据对比分析,验证数值模拟的准确性．针对滑跃式舰船甲板,讨论不同网格形式对计算结果的影响,发现棱柱层网格可以改善计算过程的收敛特性,提高收敛速度,沿甲板边界的网格细化是采集船首和边界涡产生的关键．通过对全尺寸的滑跃式甲板舰船船型的计算,得到船首分离涡和岛型建筑后面复杂的涡旋结构．结果表明：岛型建筑分离涡计算的准确度直接影响了岛型建筑下游流场的整体特征;船体尺寸和岛形建筑的形状和位置会严重影响船后涡旋的强度和位置．     

水下爆炸载荷作用下浮体模型变形机理研究

为揭示舰船底板在水下爆炸载荷下的变形机理,设计水面浮体模型,进行实验研究和理论分析. 考虑近距离爆炸球面波效应,得到了模型获得的冲击波能量. 将聚偏氟乙烯计测得的壁压时程作为浮体模型的输入载荷,并计及模型浮力的变化,得到了模型的最大动能. 考虑膜力拉伸应变和弯曲应变的耦合效应,使用拟合的底板挠曲面函数,得到了模型底板的塑性变形能. 将模型的动能与塑性变形能之和除以冲击波能与气泡能之和,得到了模型的能量利用率. 结果表明:能量利用率随量纲一的数Φ的增加先增加后减小,当Φ在50～90时,浮体模型对水下爆炸能量的利用率达到最高,达到20%～30%.      

水下爆炸载荷作用下气背固支方板的动态响应分析

分析了炸药水中爆炸冲击载荷作用下气背固支钢方板的动态响应过程. 通过对不同装药量和炸距下的水下爆炸冲击作用试验,使用更准确的水介质冲击载荷模型,采用改进的强化系数方形屈服线假设和刚线性硬化材料屈服模型,对固支气背薄钢方板的2种运动形态的动态响应过程进行了理论分析,得到了板的动态响应解析解并进行了典型情况下的计算. 结果表明,实验和理论计算结果有较好的一致性,验证了理论假设与分析的合理性.     

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。     

舰船发电机抗冲击性能分析

为了保证舰艇的战斗力,在舰艇设计阶段通常要对艇内设备的抗冲击性能进行校核。对某浮筏原动机发电机系统进行三维有限元建模,用弹性体具体模拟了筏体、发电机和原动机定转子结构,分析了发电机冲击条件下定转子的响应。然后与两步法(采用多刚体简化建模计算出发电机等效刚性块响应,作为界面输入分析发电机的定转子响应)进行了对比。通过3组方案的比较,发现两步法在很多情况下分析结果远比整体建模偏小,常导致严重的欠估计。     

水下接触爆炸载荷作用下舰船舱段动态响应的数值仿真

该文利用ALE（Arbitrary Lagrange—Euler）算法,应用非线性动力有限元软件LS—DYNA,计算了舰船一个舱段的舷侧防护结构在水下接触爆炸载荷作用下的动态响应过程,给出了各层防护板的应力、应变、速度和位移等动态参数的时间历程,讨论水下接触爆炸载荷对舷侧防护结构的破坏效应及影响。验证了加筋板对结构的加固作用。该文的研究工作对舰船舷侧的安全防护设计具有一定的参考价值。     

上海港水域船舶避让决策知识库的构建

为了使机器决策能有效模拟有经验驾引人员的避让操船决策,针对上海港航行水域船舶密度大且船舶类型复杂等特点,采用专家咨询、问卷调查与理论分析相结合的方法,通过问卷收集上海港水域引航人员在典型会遇态势下的常用避让决策,利用几何分析从理论上论证更为合理及有效的避让方法,综合考虑上海港引航站引航文化"立足自我,主动避让"、上海港...