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。     

水下爆炸载荷下充水多壳体结构动态响应计算方法

海军潜艇结构中,采用多壳体结构是一种新的结构设计形式.多壳体结构由轻外壳和多个耐压壳结构组成.当其遭受水下爆炸冲击时,由于舷间流体和多耐压壳结构的存在,使得冲击载荷的传播机理更加复杂,至今尚未建立合理可行的工程化方法进行描述.针对该复杂传播过程,在2阶双重渐进近似方法（DAA2）基础上,对内流场采用空化声学元（CAFE）,推导出其流固耦合控制方程,然后采用经典充水3维球壳问题进行验证,精度良好.最后,开展多壳体结构舱段动响应试验验证,分别从速度、加速度和冲击环境进行计算和试验数据比对,研究结果表明精度良好,验证了计算方法的正确性.      

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.     

水下爆炸载荷作用下隔振系统与舰船结构的动态响应分析

本文利用理论公式和ANSYS瞬态响应计算方法,计算舰船结构与隔振系统在水下爆炸冲击波与气泡脉动作用下的冲击响应。分析结果表明：隔振系统可以有效地隔离来自基础的冲击能量。相对于爆炸冲击波,气泡脉动压力对隔振系统的影响更大;而对船底内表面则正好相反。     

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.     

水下爆炸圆柱壳塑性动态响应实验及数值计算

采用实验与数值模拟相结合的方法,对圆柱壳结构在水中受到柱形TNT炸药产生的冲击载荷作用下的动力响应过程进行研究.对不同装药量、爆炸距离和爆炸角度的影响分别进行了实验,利用大型有限元软件MSC.DYTRAN,对流场边界采用流-同耦合的处理方法进行计算,并将计算结果与实验数据进行对比,结果表明,计算结果与实验结果具有较好的一致性.证明了在有限区域内采用MSC.DYTRAN有限元软件中的流-固耦合方法进行水下爆炸的数值计算是可行的.     

中空夹胶玻璃幕墙爆炸响应的三维数值模拟

针对中空夹胶玻璃幕墙系统爆炸响应问题,考虑玻璃板块间气体层作用及周围支撑部件影响,建立了爆炸冲击波和中空夹胶玻璃幕墙流固耦合的三维精细有限元模型,在高性能计算平台上重现了玻璃幕墙防爆炸原型试验中爆炸冲击波与中空夹胶玻璃幕墙的相互作用过程.研究了爆炸冲击波作用下幕墙的动态响应情况,得到了与试验一致的结果.数值模拟分析为玻璃幕墙结构的抗爆设计与改进提供了参考依据.     

射孔弹爆炸作用下射孔枪动态响应的数值仿真

射孔作业时射孔管柱的爆炸冲击动力学响应成为油、套管柱系统振动、变形乃至损伤的主要原因. 为研究射孔枪内爆炸冲击波加载规律以及尤其引发的管柱动力学响应规律,建立包含一枚射孔弹的射孔系统有限元模型进行数值计算. 所得数值计算测点应变值与地面试验数据相对误差不超过10%. 进一步分析发现:射孔弹爆炸加载过程中射流冲击作用效果最为显著;射孔弹壳体对爆炸产物的约束作能够有效降低爆炸冲击对枪管的加载(损伤);相邻射孔弹爆炸冲击将会在弹间交汇、叠加,耦合结果与相位、弹间距相关.     

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。     

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;...     

固支圆板在动爆冲击波作用下的动力响应

为研究装药运行速度对爆炸冲击波毁伤威力的影响,利用Autodyn软件对动爆冲击波作用下装甲钢圆形靶板的变形进行了数值仿真,建立了动爆冲击波作用下圆形靶板中心挠度的理论计算模型,并将仿真结果与理论计算结果进行对比.研究结果表明:装药运行速度极大地提高了沿装药速度方向爆炸冲击波的超压峰值,加快了沿装药速度方向爆炸冲击波的传播速度;建立的理论计算模型能准确计算周围固定圆形靶板在动爆冲击波作用下的中心挠度值,具有普遍适应性.      

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.     

不同横缝状态影响下混凝土重力坝抗爆性能研究

考虑混凝土重力坝横缝张开状态对大坝内冲击波传播的影响,基于FSI流固耦合数值分析方法模拟水下浅水爆炸冲击波的形成、传播及其与自由面、大坝结构之间的耦合相互作用过程,从混凝土重力坝的动态响应、渐进毁伤破坏过程及大坝损伤耗散能累积特性等方面,对比分析横缝状态对大坝综合抗爆性能的影响机制。结果表明,重力坝横缝张开范围对大坝抗爆性能有重要影响,且表现为加剧大坝动态响应、促进大坝混凝土毁伤破坏区域形成、增大坝体损伤耗能累积量的整体规律,明显削弱了大坝的抗爆性能。     

有氧化剂(AP)含铝炸药水中爆炸数值模拟

为了实现含有氧化剂AP的含铝炸药(下称PBX—3炸药)的水中爆炸参数的预估,利用Φ50 mm圆筒试验确定了PBX—3炸药爆轰产物JWL状态方程参数;并在此基础上开展了PBX—3炸药水中爆炸数值模拟,计算得到了冲击波峰值压力、比冲击波能和气泡脉动周期,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,基于圆筒试验确定的爆轰产物JWL状态方程参数,可以准确计算有氧化剂含铝炸药的水中爆炸参数,对于该类炸药的能量评估有一定参考价值。