收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

舰船非接触水下爆炸动力学的理论与应用

刘建湖  
【摘要】: 舰船在战时执行任务过程中不可避免会遭到敌方武器的攻击而造成破坏。接触爆炸会造成舰船结构的破损同时殃及设备,而非接触爆炸一般并不击穿船体结构,却会造成船用设备大范围的破坏。二次大战以后,由于舰船任务的执行完全依靠大量的机械电子设备,而设备的抗冲击能力通常比船体弱,因此设备的抗冲击成为舰船抗冲击工作的重要内容。显然,研究舰船非接触水下爆炸的破坏效应对于提高舰船的生命力和战斗力具有重要工程应用价值。舰船抗水下非接触爆炸研究主要包括四个部分。即非接触水下爆炸的流场特征(水下爆炸载荷)、瞬态流场与结构相互作用所决定的舰船动响应分析方法、以弹塑性动变形响应分析为依据的舰船结构水下爆炸安全性评估与防护技术、以船体结构动响应为输入条件的船用设备冲击环境的确定方法及相应的设备抗冲击设计分析方法。其中自然包括理论研究、试验研究与工程应用技术研究三个方面。本文针对这四部分的内容,侧重于分析预报方法开展了系统的研究。 水下爆炸载荷是舰船水下爆炸动响应的激励源,爆炸载荷的准确描述是保证舰船爆炸动响应分析精度的基础。木文首先应用库尔的经典水下爆炸气泡运动理论计算出气泡的运动和脉动的压力波形,再依据波形相似的原则寻找波形模拟函数,用冲量相等的原则确定波形参数,得出了从冲击波到气泡脉动压力整个过程对水下爆炸载荷进行模拟的解析公式。该公式综合考虑了爆炸药量、爆炸距离、爆炸深度和观测点方位等因素的影响。利用该公式进行水下12~150m处1~1000kg药量爆炸产生的爆炸载荷,并与数值计算结果比较,表明该公式具有良好的预报精度,可供工程使用。 水下爆炸作用下舰船的动响应理论是舰船抗冲击设计的基础。它一方面能够预报舰船结构的破坏,另一方面能够提供设备基础的冲击环境,为设备抗冲击分析提供输入载荷。流固相互作用效应对结构承受的载荷和结构的响应都有非常大的影响,是舰船水下爆炸动响应分析中的难点。国际上常用二阶DAA方法作为处理流固耦合环节的手段。本文针对DAA方法不适合于分析敷有声阻抗与水差不多的声学材料(如玻璃钢与消声瓦)的船体结构与水下冲击波相互作用的局限性,依据声波的反射和透射原理对二阶DAA方法的高频段进行了改进,发展并提出了能够分析声学材料流固相互作用的ADAA方法(Acoustic DAA),拓展了应用范围,使现有的二阶DAA方法成为它的一个特例。进而推导了ADAA方法与结构有限元方法联合求解的Partitioned计算方法,建立了舰船水下爆炸动响应数值计算的一套方法与程序。同时本文还研究了DAA方法状态变量的对称性,应用其对称性,大大提高了舰船水下爆炸动响应的计算效率。 舰船仆沾触水卜爆什汕八<叫勺理沦与广门u 舰船结构是所有功能系统的载体和安装平台,结构的水下爆炸安全性直按影响整个 舰船的牛命力。水下非接触爆炸作用下结构的破坏以其弹塑性动变形为特征。为此,本 文占光应山能量方法得出舰船的丛木构们——矩形板——在水下爆炸作用卜的变形JI’; 算公式,该公式可作为其它数值分忻方法计算结果合理性的参考值。还将ADAA方法 与结构非线性有限元分析程序ADINA相结合,开发了用增量方法分析非接触水下爆炸 作用下舰船结构弹塑性响应的计算程序,该程序的计算结果与试验结果进行了对比,具 有良好的精度。可用于对仟何形状的舰艇结构进行水下爆炸弹塑性动响应分忻。必 舰船的所有使命仟务都要靠设备系统执行,一旦关键的设备系统遭到严重破坏,其 战斗力将完全丧失。研究舰船设备的抗冲击问题旨光要砒定其所受到的冲击载荷,川]设 备的川’击环境。本文介绍了冲山环境的冲人谱拙述方法,进一步介绍了结构动响应向设 计冲击谱换算的方5去和原则。应川厂发的舰船动响应分析方法,分别对水而船、玻璃钢 船和潜艇的水下爆炸动响应和冲击环境进行了分析计算,分析了影响舰船冲击环境和强 度的卞要因素,并探索了一条实船冲击环境预报的计算模拟方法。经与试验结果比较, 证明本文所发展的分析方法具有足够的精度,可川于在研舰艇的抗冲击设计和在役舰船 的抗冲击改造设计,为舰船抗冲击设计提供了叶靠的分析工具。勺 基于设备的冲击环境,可对设备进行抗冲击设计。设备的执冲击设计计算方法有频 域和时域两种。本文旨先对两种方法的适用对象进行了分析。在观有设备抗冲击设计一 维频域计算方法的基础卜,推导了设备的三维有限元模型在单方向冲击载荷作用卜的 ***M计算方法,导出了在非冲击方向」二耦合响应的参与囚十和模态质量i!了了方法, 给山了史几整实川的设备频域打洲。山v算八沾。恨批残们应合成川上〔山差斤,对少贞域人 法的模态结果合成精度进订了分析比较,得出了频域抗冲击设计分析适用的条个卜。应川 频域力忙;分忻厂某艇椎进山机的h!叫3强度。同时,简述厂设备时域抗川。上设计i;光厂沾 及应用技术,并取圆轴为支承件的一类型的船川设备抗冲击的薄弱环节为例,介绍了轴 与支承环之间的“按触副”冲击问隙效应的模拟方沦。应用该方法进行了某型号仟务的


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李玉节;李国华;赵本立;刘建湖;;双层壳体对水下爆炸作用的影响研究[J];船舶力学;2006年05期
2 徐豫新;王树山;李园;;水下爆炸数值仿真研究[J];弹箭与制导学报;2009年06期
3 宫国田;金辉;张姝红;周庆飞;;国外舰艇抗水下爆炸研究进展[J];兵工学报;2010年S1期
4 孙学武;刘荣忠;郭锐;;水下爆炸对不同壳体的变形响应数值模拟[J];四川兵工学报;2011年03期
5 马晓蕾;赵红光;;水下爆炸试验工程系统研究[J];科技创新导报;2012年32期
6 丁珏,刘家骢;近水面水下爆炸初期水雾形成过程的数值研究[J];爆破器材;2002年05期
7 谌勇;汪玉;沈荣瀛;华宏星;;舰船水下爆炸数值计算方法综述[J];船舶工程;2007年04期
8 张效慈;;多几何缩比的水下爆炸试验换算律(英文)[J];船舶力学;2008年03期
9 吴成;廖莎莎;李华新;张向荣;张渝霞;史京住;;3种炸药水下爆炸的声波特性测试及其对比分析[J];北京理工大学学报;2009年01期
10 张效慈;;水下爆炸试验模型律的若干问题[J];船舶力学;2009年05期
11 张志华;钟强晖;李庆民;;小药量水下爆炸对水下目标的毁伤有效值评估[J];兵工学报;2009年10期
12 邵建军;翟东民;侯代文;沈晓乐;;舰船模型水下爆炸应力应变试验研究[J];工程爆破;2012年02期
13 冯刚;朱锡;张振华;;近水面水下爆炸作用下舰艇结构损伤数值仿真[J];计算机辅助工程;2006年S1期
14 谌勇;张志谊;华宏星;汪玉;;弹性泡沫夹芯结构的水下爆炸响应分析[J];振动与冲击;2009年11期
15 罗松林,叶序双,顾文彬,刘文华,阳天海,张鹏祥;水下爆炸研究现状[J];工程爆破;1999年01期
16 吴成;廖莎莎;李华新;张向荣;张渝霞;史京住;;水下爆炸的一些声学特性分析[J];北京理工大学学报;2008年08期
17 金辉;张庆明;张姝红;赵鹏远;;水下爆炸中压力载荷测量与分析[J];爆破;2009年02期
18 胡俊波;张志华;李庆民;;水下爆炸毁伤水下目标的频谱特性研究[J];爆破;2010年02期
19 李万;张志华;梁胜杰;胡俊波;;水下目标在水下爆炸作用下的毁伤指标研究[J];振动与冲击;2012年10期
20 陈高杰;贾则;程素秋;王树乐;宗智;;考虑空化效应的舰艇水下爆炸仿真研究[J];爆破;2012年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 宫国田;金辉;张姝红;周庆飞;;国外舰艇抗水下爆炸研究综述[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(上册)[C];2009年
2 宗智;邹丽;倪少玲;;水下爆炸造成结构损伤的理论研究[A];2005年船舶结构力学学术会议论文集[C];2005年
3 赵海涛;王成;宁建国;王万军;;水下爆炸问题的高精度计算方法研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
4 杜志鹏;金辉;杨莉;史少华;;泥沙水底对炸药水下爆炸参数影响研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
5 许斐;周力;张艺凡;宗智;;铝合金船水下爆炸响应的数值研究[A];七届更迭 三十回眸——第七届船舶力学学术委员会全体会议论文集[C];2010年
6 蔺世龙;刘景昌;辛佩珠;王建军;冶建宏;时贵玉;李斌;陶明德;李光华;王世锋;姚键;周建光;李玉节;杨云川;王庆蓉;高隽;夏云宝;何斌;倪永良;;水下爆炸损伤生物力学及病理形态改变的实验研究[A];第六届全国生物医学体视学学术会议暨第九届全军军事病理学学术会议、第五届全军定量病理学学术会议论文汇编[C];2005年
7 王晓村;;水下爆炸处理软基筑堤法在大型火电厂中的应用[A];广东省电机工程学会2003-2004年度优秀论文集[C];2005年
8 陈高杰;王树乐;贾则;宗智;;考虑空化效应的舰艇水下爆炸仿真研究[A];第十届全国冲击动力学学术会议论文摘要集[C];2011年
9 辛春亮;秦健;徐更光;丁刚毅;;数值模拟软件在水下爆炸模拟中的应用研究[A];第四届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2006年
10 贾则;宋敬利;金辉;张姝红;陈高杰;;水下爆炸结构冲击响应信号的经验模式分解[A];第十届全国冲击动力学学术会议论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 史汝超;基于虚拟流体方法的水下爆炸计算研究[D];中国科学技术大学;2013年
2 贾宪振;基于通用程序的水下爆炸及其对结构作用的数值模拟研究[D];南京理工大学;2008年
3 贾虎;纤维爆炸索水下爆炸特性与应用研究[D];中国科学技术大学;2011年
4 刘建湖;舰船非接触水下爆炸动力学的理论与应用[D];中国船舶科学研究中心;2002年
5 杨文山;水下接触爆炸舰船局部毁伤及防护机理[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 杨文淼;水下爆炸冲击问题的物质点法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
7 陈永念;舰船水下爆炸数值仿真及抗爆结构研究[D];上海交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 叶帆;水下爆炸空化效应作用下结构响应的数值模拟[D];大连理工大学;2010年
2 闫伟杰;水下爆炸数值模拟研究[D];国防科学技术大学;2007年
3 李佳;基于谱单元法的舰船水下爆炸流固耦合机理研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 刘博;水下爆炸场的数值模拟及加筋矩形板的动力响应[D];华中科技大学;2006年
5 李双;水下爆炸对板壳结构破坏机理研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
6 朱枫;水下爆炸气泡脉动与近边界射流特性研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 黄超;近场非接触水下爆炸舰船新型防护结构抗爆性能研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 肖玉凤;水下爆炸及随机外力下破损舰船倾覆概率研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
9 师华强;水下爆炸水平集方法数值模拟[D];大连理工大学;2008年
10 陈娟;水下爆炸冲击载荷的SPH算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978