一、水下爆炸对板壳结构破坏机理研究(论文文献综述)
魏铭利[1](2021)在《炸药药量和爆炸深度对水射流特性的影响研究》文中指出水下爆炸能够在相当短的时间内释放出极大的能量,其产生的冲击波载荷和气泡载荷能够导致水中结构物(如舰船)受到毁灭性的破坏。在水下爆炸气泡脉动阶段,气泡可能会因重力作用或与边界作用而产生射流现象,目前已有大量的研究表明水下爆炸气泡引起的射流载荷能够极大的破坏舰船结构和舰载设备。随着世界各国在军事战略竞争中的重心和焦点逐渐向海上控制权的斗争中转移,水下爆炸研究在国防建设中的地位愈加明显,各海军强国都对水下爆炸的研究提高了重视程度并进一步加大了研究投入。我国水下爆炸研究工作起步较晚,且由于技术限制,对水下爆炸的研究程度远低于其他发达国家,现有的研究主要集中于冲击波载荷及高速破片载荷对防护结构的毁伤特性,而未重视对水下爆炸气泡与自由液面相互作用时形成水射流的特性研究。鉴于国内外对水下爆炸气泡与自由液面相互作用形成水射流的特性研究不足,本研究利用大型有限元软件LS-DYNA,采用任意拉格朗日欧拉算法研究炸药药量和爆炸深度对水下爆炸气泡与自由液面相互作用形成水射流的射流速度、射流高度、射流宽度等射流特性的影响规律。概括起来,本论文的主要研究内容有:(1)从理论研究、试验研究和数值研究三个方面综述了水下爆炸和爆炸气泡形成射流的研究和发展现状,分析了研究水射流特性的必要性和可行性。(2)通过实验和理论验证ALE算法在模拟气泡脉动过程的有效性,结果证明基于ALE算法建立的数值模型能够很好地模拟水下爆炸气泡脉动过程。(3)利用ALE算法研究在不同爆炸深度和不同炸药药量下水下爆炸气泡在脉动时与自由液面相互作用形成水射流的射流速度、高度、宽度等特性,研究发现:水下爆炸气泡与自由液面相互作用形成水射流的射流特性与爆炸深度和炸药药量有极大的关系,但是并不是任何深度下都能形成明显的水射流,当爆炸深度超过一定值时,则无法形成水射流,只能将自由液面轻微隆起;随着爆炸深度的增加,水射流的速度逐渐减小,射流高度逐渐减小,而射流宽度逐渐增加;随着炸药药量的增加,水射流的速度逐渐增加,射流高度逐渐增加,射流宽度逐渐增加;当爆炸气泡脉动时,能在极短的时间内导致自由液面水射流的速度达到峰值,而后急剧减小,之后会由于后续冲击波的作用而达到下一个速度峰值;水下爆炸在气泡脉动路径上,冲击波压力逐渐减小,并且衰减剧烈,另外,随着炸药药量的增大,冲击波压力峰值逐渐增大,且压力峰值出现的时间越早,随着爆炸深度的增加,冲击波压力峰值逐渐减小,压力峰值出现的时间越迟。
王南[2](2020)在《水下爆炸与波浪联合作用下舰船毁伤特性分析》文中研究说明研究水下爆炸不仅有助于理解水下爆炸载荷对舰船结构的毁伤机理,而且能为舰船的抗爆抗冲击性能设计提供指导。一直以来对于水下爆炸作用下舰船结构的毁伤主要集中在静水条件下,而考虑实际海况的研究较少。波浪的存在改变自由面边界条件和流场性质,会影响水下爆炸载荷的特性,导致作用在舰船上的载荷发生改变;波浪弯矩也会对舰船总纵强度产生威胁,考虑波浪的影响很有必要。首先,本文从水下爆炸的基本现象入手,系统论述了计入空化效应的声固耦合方法和耦合欧拉-拉格朗日方法分别在水下爆炸中的理论基础,通过计算经典的验证算例,并与实验或者解析解对比,验证了这两种方法在计算水下爆炸问题上的准确性。其次,应用声固耦合方法计算了波浪条件下水下爆炸冲击波和空化现象,说明了冲击波和波浪耦合机理。然后,针对不同的波浪参数(波浪相位、波浪波长),研究了不同波浪参数对冲击波空化效应和载荷特性的影响。针对舰船上的基本结构单元:板架结构,分析其在有无波浪条件下的毁伤响应。当冲击波到达波峰位置,由于波峰位置自由面曲率的影响,使得反射波产生聚波效应;当冲击波达到波谷位置,由于波谷位置自由面曲率的影响,使得反射波产生发散效应,由于波浪改变了冲击波在自由面附近的反射特性,进而也会影响空化区域的演化。针对水下爆炸气泡和波浪的耦合问题。首先,本文设计了小尺度摇板造波装置,采用电火花放电技术模拟水下爆炸气泡,进行了气泡和波浪耦合实验研究,对不同无量纲波浪参数对气泡动态特性影响进行了详细分析。然后,基于耦合欧拉-有限元方法,计算了水下爆炸气泡和波浪耦合现象,进一步说明了两者耦合机理,研究了不同波浪参数(波浪相位、波浪波长)对水下爆炸气泡动态特性的影响。波浪的存在改变了自由面形状,且波浪场中的流体质点具有一定的速度,使得水下爆炸产生的气泡在近自由面附近呈现明显的不规则球形,对于气泡周期、气泡最大半径、射流角度都会产生不同程度的影响。最后本文建立了简化的箱型船有限元模型,基于耦合欧拉-拉格朗日方法对在有无波浪条件下,水下爆炸作用下箱型船瞬态流固耦合问题进行了模拟,并对比了箱型船整体的“鞭状效应”,旨在为水下爆炸和舰船抗爆的研究提供参考。由于波浪弯矩的存在,导致舰船在波浪的总纵强度面临更加严峻的考验。
林猛[3](2020)在《接触爆炸作用下舰船冲击环境特性研究》文中研究说明大型水面舰船在进行海上作战时不可避免的要面对来自空中以及水下各反舰武器的直接威胁,比如来自空中的航空炸弹、反舰导弹以及来自水下的鱼雷、水雷等。为了保证战时舰船能够具备相对完整的战斗力,对舰船结构以及舰载设备的抗冲击研究也显得尤为重要。在舰船冲击环境的研究方面,远场非接触水下爆炸下的舰船冲击环境成果丰富,其理论比较成熟,并且辅以实船爆炸实验以及丰富的数值仿真。但是对于近场,尤其是接触爆炸下舰船的冲击环境研究还比较匮乏,即缺少实际的实验数据,同时理论方面也比较单薄。因此,对于舰船接触爆炸下的冲击环境研究具有重要的实际意义。对此,本文从舰船的空中接触爆炸以及水下接触爆炸问题入手,通过瞬态统计能量法以及ALE方法分析了舰船在接触爆炸作用下的冲击环境的分布以及变化规律,具体的研究方法以及研究内容如下:(1)首先对本文中应用到的数值仿真基础理论进行了梳理与介绍,建立了某大型水面舰船的有限元模型,并设置了多种分析工况,然后分别对舰船在空中以及水下接触爆炸的各个工况进行了数值仿真,将通过数值仿真得到的自由场中爆炸冲击波的峰值压力与相应的经验公式进行对比,以此来验证数值模拟的准确性。然后对舰船的冲击环境相关理论进行了介绍,给出了冲击环境的概念以及计算方法,为后文进行空中接触以及水下接触爆炸下舰船的冲击环境的分析打下基础。(2)基于瞬态统计能量法的基本思想与基本原理,建立了简单多子系统的舱段结构,对其子系统内的能量传递以及冲击环境的传递进行了理论上的计算,从瞬态统计能量的角度解释了在结构局部能量输入时,冲击环境的衰减情况。(3)针对水面舰船空中接触爆炸这一具体问题,分别对水面舰船外部接触爆炸以及舱室内接触爆炸下的冲击环境进行了计算,从能量传递的角度,探究了各个工况下舰船冲击环境随传递过程的衰减规律,为舰船在空中接触爆炸下冲击环境的研究提供一定参考。(4)考虑鱼雷对于大型水面舰船的威胁,对水面舰船不同位置遭受水下接触爆炸时的冲击环境进行了计算,采用与空中接触爆炸时相同的分析方法,探究水下接触爆炸引起的舰船冲击环境的衰减规律。本文的研究工作得到了水面舰船在接触爆炸下的冲击环境的变化规律,结果可为舰船以及舰载设备在接触爆炸时的抗冲击设计提供一定的参考。
刘启庆[4](2020)在《聚能炸药爆炸载荷作用下双层加筋圆柱壳结构毁伤特性研究》文中研究表明聚能战斗部作为鱼雷战斗部发展的一个重要方向,近年来被广泛应用于反潜武器中。聚能炸药水下爆炸载荷主要包括金属射流、冲击波、气泡脉动、气泡射流及破片等,可对水面舰船及水下作战平台造成毁灭性打击,因此探究聚能炸药水下爆炸载荷特性及其对结构的毁伤规律具有重要意义。本文基于AUTODYN软件CEL算法及LS-DYNA软件ALE算法,开展了聚能炸药爆炸载荷作用下双层加筋圆柱壳结构毁伤特性研究,揭示了聚能炸药的作用机理,探究了金属射流载荷的影响因素,在计及静水压力下进一步研究了结构在不同载荷作用下的毁伤规律,并针对破片载荷下的耐压壳结构防护提出了设计方案,为潜艇结构设计提供了参考。首先,基于聚能炸药的研究现状及聚能战斗部水下毁伤特性提出了本文的研究重点及研究方法;根据AUTODYN软件CEL算法及LS-DYNA软件ALE算法的相关理论,通过将研究方法的数值解与经验公式、相关实验结果进行对比,有效验证了本文研究方法的精确性。其次,为探究金属射流载荷的影响因素,首先基于AUTODYN软件二维轴对称算法,并以金属射流速度、靶板开孔尺寸为判定指标,依次研究了药型罩形状、起爆方式对金属射流载荷的影响;利用单层靶板结构,探究了在计及静水压力下、不同水深处的金属射流载荷侵彻性能。再次,为考核聚能炸药爆炸载荷作用下双层加筋圆柱壳的毁伤性能,通过建立的实尺度结构有限元模型,以金属射流对双层壳结构的穿孔结果作为施加冲击波及气泡载荷的初始条件,并基于LS-DYNA软件ALE算法探究了在不同水深、不同攻角下冲击波与气泡载荷对结构的毁伤规律。最后,针对破片载荷下耐压壳结构的抗侵彻性能,首先通过数值仿真验证了 AUTODYN软件二维轴对称Lagrange算法的正确性,并根据三明治靶板结构特点,依次研究了等面密度下的橡胶夹层、聚脲夹层以及钢板三种靶板结构在不同夹层厚度、不同冲击速度下的抗侵彻性能,并根据计算结果对耐压壳结构进行了设计。结果表明:弧锥形药型罩结构在水中的侵彻性能最好,且起爆面积越大,金属射流侵彻速度越高;双层壳结构在浅水区的工况中,非耐压壳结构均出现失稳,而耐压壳结构则具有较好的稳性,其中破片载荷是造成耐压壳结构毁伤的主要原因;而在深水区时,由于静水压力及气泡脉动载荷增强,耐压壳结构在气泡二次脉动后丧失稳性,整体结构在后续载荷作用下出现严重毁伤;等面密度下聚脲夹层靶板的抗侵彻性均优于传统橡胶夹层靶板及均质钢靶板,通过对耐压壳结构的设计,新型结构的抗侵彻性能相比常规结构均有提升,其中在侵彻速度大于600m/s时,其抗侵彻性能提升15%以上。
洪峰[5](2020)在《舰船舱室内爆毁伤模式及力学判据研究》文中指出随着反舰导弹武器穿甲效能及导航系统的发展,舰船的功能舱室成为精准打击目标。然而我国对于反舰导弹毁伤效能的考核没有统一标准,缺乏与舰船的目标特性相结合的系统研究。反舰导弹在舱室内爆作用下这些基本的船用构件会在爆炸超压及准静压作用下产生很大的塑性裂纹区,甚至出现局部断裂形成破口,进而失去船体强度的承载能力,尽管舱室内爆研究历史较长,但其毁伤机理仍未透彻。因此,研究舰船结构在内爆载荷作用下的毁伤模式及力学判据对毁伤评估与防护结构设计具有非常重要的意义。舰船结构在内爆载荷作用下的动态响应是复杂的非线性问题,且不同舱室结构及加筋布置也有差异,对如此复杂模型进行精确的理论求解极其困难。本文首先根据舱室破坏模式与板架结构破坏模式、边界条件、所处位置提出舱内爆的9种毁伤模式。通过大型舱段内爆试验并参考了国内外的相关内爆毁伤试验对可能出现的毁伤模式进行了分析。内爆试验工况较少,需通过数值仿真对典型毁伤模型进行研究分析,因此本文根据大型舱段模型试验对数值仿真的准确性进行验证以确保后续数值工况的可靠性。验证参数以典型工况的测点加速度信号及最终的毁伤破口为比对依据,对数值仿真的实现方法进行修正。本文重点针对小舱室在内爆载荷下小变形毁伤模式及大破口毁伤模式进行力学分析及其判据研究。舱室内爆的毁伤模式以船体板架结构为分析对象,简化为等效梁单元结构。对小变形毁伤模式及大破口毁伤模式进行塑性动力学分析,能得到对应的细化毁伤模式。通过ALE数值方法对其判据条件及预示公式的准确性进一步验证。最后通过相关的舱室内爆试验对本文方法的判据条件及预示条件的准确性进行验证。大通道层间高一般能达到2到3层典型小舱室的高度,板架结构尺寸大,泄压面积足够大时受冲击板架壁压载荷可以忽略后续准静压载荷且比例距离较大属于近场爆炸或接触爆炸范畴,因此爆炸冲击波传播过程是以球辐面传播。本文针对大通道内的爆炸环境提出响应假设条件,基于塑性动力学对典型船体板架结构的判据条件进行分析,并提出相应的破口预示公式,通过数值方法对待试梁结构在爆炸冲击载荷下的结构冲击响应进行分析,包括冲击梁中心挠度,临界冲击角,材料断裂应变以及塑性区范围,在满足一定精度条件下,以验证理论预报的准确性。基于船体力学模型,以等效梁的结构形式为基础设计了相关的结构断裂应变测量装置,并以板架结构的挠度冲击响应为衡量标准,提出了船体高强度用钢与普通钢的等效方法。
张开朋[6](2019)在《水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳毁伤特性实验与数值研究》文中认为现代海战中反潜技术的提升,使得潜艇在执行任务过程中受到水下武器的严重威胁。然而由于水下爆炸载荷与潜艇结构的复杂性,现有研究对水下爆炸载荷作用下潜艇结构毁伤特性的认知仍有不足,严重制约着现代潜艇抗冲击能力的提升。水下爆炸实验是最可靠的研究手段,本文以水下爆炸中潜艇的安全性为工程背景,以水下爆炸载荷与潜艇加筋圆柱壳结构为研究对象,采用缩比模型实验辅以数值仿真的方法,研究水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳结构的毁伤特性。本文首先针对水下爆炸冲击波、爆炸气泡载荷及其作用下圆柱壳结构响应问题,分别从理论、数值和实验方面回顾了国内外的研究进展情况,重点对圆柱壳结构毁伤问题进行介绍,分析现有爆炸载荷、静水压力、空化二次加载耦合作用机理及加筋圆柱壳结构毁伤特性实验与数值研究中的不足,阐明开展水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳结构毁伤特性实验研究的意义并确定本文研究路线与结构框架。对水下爆轰理论及冲击波、气泡脉动作用原理进行论述,对单层圆柱壳冲击波反射和计及静水压力的双层圆柱壳冲击波透射进行理论推导;基于冲击波透射理论,设计深水爆炸环境实验模拟方法,针对不同形式、不同壁厚的加筋圆柱壳局部毁伤问题,根据水下爆炸相似理论设计计及静水压力的潜艇舱段结构毁伤实验缩比模型与实验方案;针对加筋圆柱壳总体毁伤问题,基于周期比相似原则,提出潜艇总体结构毁伤实验缩比模型的构建方法与实验方案;对水下爆炸实验中数据测量系统、线缆与仪器的安全防护、实验模型吊装下水和实验操作流程等问题进行分析并给出解决方案,为后续开展水下爆炸实验提供技术保障。根据局部毁伤实验缩比模型,建立单、双层加筋圆柱壳数值模型,基于任意拉格朗日欧拉方法对加筋圆柱壳结构在水下非接触爆炸作用下的冲击波阶段与气泡脉动阶段的全过程进行数值模拟,分析总结冲击波在不同形式圆柱壳结构及相邻水域中的传播规律、爆炸气泡载荷对加筋圆柱壳作用机理以及加筋圆柱壳结构的毁伤模式,分析冲击波载荷作用下加筋圆柱壳结构的动响应与空化效应耦合特性;对单、双层圆柱壳结构肋骨塑性损伤规律进行分析,对比内、外肋骨对圆柱壳抗爆性能的影响;总结水下爆炸各因素及结构参数对加筋圆柱壳结构响应的影响规律。对水下接触爆炸冲击波作用下单层加筋圆柱壳模型与双层加筋圆柱壳模型的毁伤进行数值模拟,通过分析不同形式加筋圆柱壳结构冲击破口形状及产生与撕裂过程,探究加强筋对圆柱壳结构毁伤模式的影响,并讨论水下爆炸影响因素和结构各参数对加筋圆柱壳破口尺寸、毁伤模式等影响规律;基于冲击波毁伤破口基础上,对后续水下爆炸气泡在破口附近的运动过程进行数值模拟,分析破口附近气泡受圆柱壳内外压力差作用下的气泡脉动射流状态及对其对破口结构的再毁伤特性。开展水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下不同形式、不同壁厚加筋圆柱壳的局部结构响应与毁伤特性系列实验研究。针对中、近场水下爆炸,探究静水压力的改变对结构响应与毁伤模式的影响;对自由场压力载荷、壳体壁面压力载荷实验数据进行分析,在数值仿真研究基础上进一步分析水下爆炸载荷对加筋圆柱壳的作用机理及在附近流场中的传播规律,探讨加筋圆柱壳结构的空化二次加载特性,并结合结构加速度、塑性毁伤和应变等实验数据探究加筋圆柱壳结构毁伤模式及响应规律;应用HHT方法处理自由场压力、结构壁面压力及加速度信号,分析冲击波载荷、空化二次加载及气泡载荷的时频特性及各载荷在传播过程中的能量耗散机理;通过实验与数值仿真结果对比验证数值方法的有效性。对水下爆炸气泡与加筋圆柱壳总体模型流固耦合过程进行数值模拟计算,总结爆炸气泡与加筋圆柱壳结构的相互作用机理;分析不同条件下的爆炸气泡形态、总体损伤特性及毁伤模式,并讨论水下爆炸与结构各参数对加筋圆柱壳结构总体响应的影响规律;开展加筋圆柱壳结构在水下爆炸气泡载荷作用下的总体毁伤特性实验研究,分析自由场压力信号与应变数据,探究爆炸气泡载荷作用下圆柱壳鞭状运动及极限状态下的失稳毁伤模式,验证气泡载荷对加筋圆柱壳结构的总纵强度毁伤有效性,并对数值方法进行验证。
李元龙[7](2019)在《两种典型结构在水下爆炸冲击波作用下的毁伤效应研究》文中研究说明随着水中武器的发展,水下爆炸载荷及其对舰艇结构造成的毁伤特性已经成为目前国际上研究的前沿和热点。近年来,鱼雷等水下武器作为舰船潜艇的主要威胁,越来越受到国内外研究人员的关注,利用水下爆炸冲击波硬杀伤鱼雷也逐渐成为更多国家采取的防御手段。为最大程度发挥水下战斗部威力,提高水下武器毁伤效能,深入研究水下爆炸载荷威力场结构及其对典型目标毁伤规律是当前十分重要的研究课题。水下爆炸载荷主要由爆炸冲击波和气泡构成,爆炸冲击波主要是对目标局部易损结构造成毁伤,而气泡脉动则针对整体毁伤。固支多层片组结构与舰船舷侧结构类似,在海上平台等民用设施上也多作为防护结构使用,其等效强度与鱼雷头部自导系统基本一致;战斗部屏蔽装药结构是水下武器造成杀伤的核心部件,也是水下爆炸硬杀伤的主要针对结构,这些结构在水中主要承受爆炸冲击波的作用,并不涉及气泡载荷。本文综合利用理论、数值和试验方法研究了固支多层片组结构在水下爆炸冲击波作用下的毁伤行为。以能量法为基础,建立了典型多层片组结构在水下爆炸冲击波作用下的塑性响应模型,并对不同工况下固支多层片组结构的毁伤进行了仿真研究,最后开展了水下爆炸毁伤试验,对水下爆炸冲击波压力参数和多层片组结构的毁伤情况进行了测试。研究结果表明,该理论模型可以很好的预测多层片组结构的毁伤破坏情况,包括其塑性变形层数、剪切破坏层数和最大破坏深度。根据毁伤程度的不同,层片将产生塑性大变形、拉伸撕裂破坏、剪切断裂失效三种毁伤模式。对于2024T351铝合金片组结构,当冲击因子达到0.17,即可将6层固支层片全部破坏。利用理论与数值仿真相结合的方法,针对屏蔽装药结构在水下爆炸冲击波作用下的冲击起爆问题开展了研究。在理论上建立了水下爆炸冲击波对屏蔽装药的冲击压力计算方法,结合炸药起爆判据,从而确定了炸药冲击引爆的临界距离。采用AUTODYN仿真软件,对水下爆炸冲击波冲击引爆屏蔽装药的过程进行了数值模拟。采用最小二乘法得到了临界理论起爆判据pnτ=K的参数n=1.37,K=2.33×107(国际单位制)。研究结果显示,理论计算与数值模拟误差不超过6.75%,吻合较好,说明所建立的理论计算方法是有效的;当TNT药量为6.6kg、挡板厚度为10mm时,临界起爆距离为1.6m。
王斌俊[8](2018)在《舰船泡沫夹芯结构在近场水下爆炸载荷下的响应特性研究》文中研究说明当今军事技术的迅猛发展和地区冲突的上升使得舰船遭受水下武器威胁的几率激增,对舷侧结构在水下爆炸载荷下的防护能力提出了更为严格的要求。泡沫夹芯结构具有较高的强度、刚度以及优良的抗冲击防护性能,在工程领域和学术研究中得到了较高的关注。现阶段夹芯结构的冲击动力响应研究多数集中于空中爆炸和高速撞击领域,而在水下爆炸中的研究较少。研究手段多数局限于声固耦合法,关于结构和流体的耦合作用考虑得并不充分。本文应用LS-DYNA有限元软件中的ALE方法,采用JWL状态方程直接模拟水下爆炸装药爆轰和冲击波载荷产生过程,并考虑了结构和流体的相互耦合作用,开展了水下爆炸载荷下舷侧泡沫夹芯结构防护性能的研究。首先,展开了泡沫聚乙烯夹芯板在水下爆炸载荷作用下的响应特性研究。泡沫夹芯板具有优良的防护特性,相对于夹芯板前面板,其后面板挠度降低了约25%。泡沫夹芯板结构能量吸收过程呈现出多阶段性,可分为急速抬升、微幅振荡、稳定上升和小幅下降四个阶段。针对真实船体外板布置夹芯板时的边界条件,展开了背空形式夹芯板的响应研究,与背水形式相比,背空夹芯板会使得能量吸收增加,冲击波透射能量减少。其次,展开了结构参数对泡沫夹芯板响应特性及规律的影响研究。以泡沫夹芯结构在变形和能量吸收为结构防护能力的依据,研究了泡沫相对密度、芯层高度、密度梯度和面板厚度比例对结构防护能力影响规律。通过综合各参数的影响规律,得到泡沫夹芯结构在近场水下爆炸载荷下的防护设计参考意见。在此基础上,以夹芯结构谱速度峰值作为结构防护能力的评判标准,展开了不同结构参数影响的分析。最后,研究了泡沫夹芯结构在舷侧水下接触爆炸过程的冲击防护特性。从结构变形、损伤、能量吸收等方面展开了主防护纵壁、膨胀舱壁和外板防护能力分析,发现舷侧泡沫夹芯结构具有更优越的抵抗变形和承受冲击的能力,其中主防护纵壁设置泡沫夹芯板结构在其变形上比同质量的单层板结构降低约14%。
杨衡[9](2017)在《鱼雷入水及其近场水下爆炸对舰船结构毁伤特性研究》文中研究指明鱼雷由水面或空中发射平台发射并安全入水后,相比于远场水下爆炸,鱼雷近场水下爆炸载荷特性及其对结构的毁伤特性更为复杂。鱼雷近场水下爆炸主要通过水下爆炸冲击波载荷、爆炸弹片载荷及气泡射流载荷共同作用于舰船结构来实现,结构往往产生大变形、大破口等非线性破坏。当水下爆炸气泡与已产生破口的结构相互作用时,气泡的动态特性及其引起的射流特性较完整结构产生较大差异。鉴于鱼雷入水过程全非线性、近场水下爆炸载荷的复杂性及其对结构的强破坏性,开展鱼雷入水及其近场水下爆炸流固耦合研究对提高舰船结构设计及抗打击能力具有重要的意义。基于上述问题,本文从鱼雷入水冲击水动力特性及近场水下爆炸三类载荷(冲击波、弹片、射流载荷)基本特性研究入手,同时开展不完整边界条件下气泡射流特性试验研究,对鱼雷近场水下爆炸载荷作用下舰船毁伤模式及舰船设备一体化抗冲击进行研究。本文首先从鱼雷武器特点、水下爆炸基本现象及分类入手,对鱼雷头部入水及其近场水下爆炸对舰船毁伤特性的流固耦合基本现象进行阐述,并从理论、数值及试验三方面回顾国内外入水冲击水动力、近场水下爆炸载荷、水下爆炸气泡与复杂边界耦合特性、近场水下爆炸对舰船结构毁伤及舰船设备抗冲击一体化四方面的研究历史及现状,总结上述理论、试验及数值等研究工作中的不足,为本文后续的工作奠定了研究基础。基于SPH方法及耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立本文鱼雷近场水下爆炸载荷及其对结构毁伤特性数值模拟方法。针对于鱼雷入水冲击问题,基于势流理论和边界元法,引入拓展坐标系技术和辅助函数方法,建立了鱼雷入水过程的全非线性数值模拟方法,研究了鱼雷垂直入水时和斜向入水时自由液面变化及鱼雷头部表面压力分布特性。针对于水下爆炸冲击波载荷及其对结构的毁伤问题,基于SPH方法建立了鱼雷接触爆炸载荷对舰船舷侧液舱毁伤数值模型,首先研究了水下自由场、沉底爆炸冲击波分布特性,分析了壁面、海底对冲击波反射及截断效应;在此基础上,研究了水下爆炸冲击波的产生及其在结构中的传播规律,给出了液舱宽度、外板厚度设计的参考依据,总结了鱼雷远场、近场及接触爆炸工况下冲击波对液舱结构的毁伤规律。针对高速爆炸弹片与射流载荷对舰船结构的毁伤与防护问题,基于SPH方法分别建立了鱼雷爆炸高速弹片正面与倾斜碰撞舰船舷侧液舱的数值模型及高速射流对舰船舷侧液舱的冲击毁伤计算模型,首先研究了不同液舱宽度、不同外板厚度、有无液舱外板和不同弹片入射角度对弹片速度和冲击波压力的衰减规律,给出了液舱宽度和外板厚度的设计参考依据。分析了射流冲击波产生及传播规律,得到了不同射流形状及速度对液舱结构的影响规律。针对复杂边界条件下水下爆炸气泡脉动特性及射流特性问题,采用低压电火花式气泡发生试验装置,结合高速摄影拍摄技术,对自由液面及复杂边界破口附近水下爆炸气泡动态特性开展了试验研究。首先研究了近自由液面下单层壁面破口附近水下爆炸气泡特性,得到了不同破口尺寸、不同爆距、不同爆炸角度及距自由液面不同深度对气泡脉动周期、射流速度及自由液面变化的影响规律,探索了近场水下爆炸气泡与自由液面、破口结构三者之间的耦合效应。在此基础上,为模拟舰船舷侧不同舱室在受到鱼雷攻击后舱室流场状态,选取满舱、半舱及空舱三种典型工况,研究了不同流场状态下带有破口的双层壁面附近水下爆炸气泡运动特性,得到了双层壁面和单层壁面破口附近气泡脉动特性差异规律及不同液舱状态下射流变化规律。针对鱼雷近场水下爆炸对大型舰船多层结构毁伤特性问题,基于水锤理论得到气泡射流载荷,采用Geers&Hunter半经验半解析模型得到冲击波载荷,将冲击波和气泡射流的总载荷加载到近场结构上,对不同爆距下大型舰船局部结构进行了强度校核,分析了不同板架的破坏模式,得到了鱼雷近场水下爆炸对目标舰船的毁伤特性,得到了设备及人员冲击环境安全区域,最后给出了舰船设备一体化抗冲击分析结果。
杨棣[10](2015)在《水下爆炸下舰艇典型结构塑性损伤研究》文中认为在现代化海战中,由于武器制导技术和毁伤威力的飞速发展,潜艇和水面舰船在执行任务过程中,生命力遭受各种水下武器攻击的威胁日益严峻。然而,由于载荷和结构形式的复杂性,国内外研究者对典型舰艇结构在冲击载荷作用下的损伤机理的认识仍不清晰,严重制约了现代舰艇抗冲击能力的提升。本文基于对大量国内外相关文献资料的调研,概括总结了舰艇毁伤问题的研究现状的同时,发掘了目前主要研究方法的不足,然后据此分别针对潜艇和水面舰船的典型结构形式在水下爆炸载荷下的塑性损伤计算方法和相应力学特性开展了研究工作,并分别设计了模型试验对其进行验证。针对潜艇结构抗冲击问题,传统方法计算加筋圆柱壳塑性大变形通常仅考虑了冲击波载荷,而忽略了潜艇实际工作水深的影响。本文首先对潜艇总体冲击损伤问题,利用刚塑性长壳理论,建立了舱段整体凹陷的力学模型。应用动量守恒原理计及静水压力的影响,得到计及冲击波初始损伤,在气泡脉动载荷二次加载下的圆柱壳塑性大变形理论计算方法,获得塑性铰移动规律。然后,关于潜艇结构局部损伤问题,本文以两个肋位间的壳板为研究对象,建立两端刚固的刚塑性板条梁模型,考虑载荷的透射作用导致单、双层圆柱壳结构耐压壳上的受载不同,列出冲击波和气泡脉动载荷联合作用下的无量纲壳体运动方程而最终获得壳板塑性动力响应全过程。为客观反映实际潜艇结构毁伤特性,探讨单、双层圆柱壳结构在水下爆炸下损伤机理的区别,本文设计并实施了单、双层加筋圆柱壳缩比模型试验,不仅获得近场爆炸作用下圆柱壳结构毁伤模式,也验证了本文提出的潜艇圆柱壳结构总体及局部塑性损伤计算方法的正确性。说明该计算方法能较好地适用于真实潜艇结构,具有一定的工程应用价值。然后通过该方法分析了单、双层圆柱壳壳板结构塑性损伤随爆距、药量、水深的变化规律,单层圆柱壳总体及局部塑性损伤对工况参数的敏感度高于双层圆柱壳的规律,可作为潜艇结构设计的参考。针对水面舰船,板架是其典型结构形式,传统方法通常忽略梁系结构间的相互作用力,将其简化为梁或板等简单结构分析。或是采用能量法求解获得最终变形,而运动过程无法获悉。为此,本文选取一根交叉构件板架和多根交叉构件板架两种最为常见的板架形式作为研究对象。首先针对塑性变形损伤模式,采用刚塑性十字交叉梁力学模型,通过动量定理和动量矩定理由运动方程推导出计及其横向和纵向构件在关联处耦合变形的板架挠度计算方法,并利用塑性铰的移动规律获得塑性损伤区域的计算方法。然后,在此基础上本文结合断裂衡准获得撕裂型破口直径的计算方法,同时利用能量守恒原理获得冲塞型破口直径计算方法。两种算法均计及了爆距的影响,弥补了近场接触爆炸破口估算公式在此处的空白。鉴于大型水面舰船底部结构具有高腹板这种特殊结构形式,本文设计开展了双层底缩比模型及实船舱段模型试验,总结了双层底结构在近场及接触爆炸载荷作用下的损伤模式,确定了 Q235钢及945钢在双层底模型拉伸破坏模式中的断裂应变,为舰船抗爆抗冲击的理论及数值研究提供参考数据的同时,验证了板架变形及破口大小计算方法的正确性,说明该计算方法能较准确地预估舰船局部结构塑性损伤程度,具有工程适用性。然后,由上述算法计算发现,板架塑性损伤程度随剖面模数及屈服极限的增加大约呈线性减小;其随肋距和纵桁间距的增长率随舰船排水量增加而减小;当排水量超过4000t时,在高强度钢的范围内提高材料屈服极限对于其毁伤程度的影响不大。这些规律可用于指导舰船结构设计。
二、水下爆炸对板壳结构破坏机理研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、水下爆炸对板壳结构破坏机理研究(论文提纲范文)
(1)炸药药量和爆炸深度对水射流特性的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 水下爆炸国内外研究现状 |
1.2.1 理论研究 |
1.2.2 试验研究 |
1.2.3 数值模拟 |
1.3 爆炸气泡和射流研究概述 |
1.3.1 理论研究现状 |
1.3.2 试验研究现状 |
1.3.3 数值研究现状 |
1.4 研究现状小结 |
1.5 主要研究内容及研究路线 |
1.6 特色与创新之处 |
2 基本理论与方法 |
2.1 引言 |
2.2 水下爆炸基本过程 |
2.3 水下爆炸载荷特征 |
2.3.1 冲击波载荷特征 |
2.3.2 气泡脉动载荷特征 |
2.3.3 射流载荷特征 |
2.4 软件介绍 |
2.5 三种典型算法 |
2.5.1 拉格朗日算法 |
2.5.2 欧拉算法 |
2.5.3 任意拉格朗日欧拉算法 |
2.6 本章小结 |
3 数值模型建立及验证 |
3.1 引言 |
3.2 ALE算法控制方程 |
3.3 状态方程及参数 |
3.3.1 空气介质状态方程 |
3.3.2 水介质状态方程 |
3.3.3 爆轰产物状态方程 |
3.4 数值模型建立 |
3.5 数值模型验证 |
3.5.1 实验验证 |
3.5.2 理论验证 |
3.6 本章小结 |
4 水下爆炸气泡形成水射流的数值研究 |
4.1 引言 |
4.2 水射流的形成过程 |
4.3 炸药药量和爆炸深度对水射流速度的影响 |
4.4 炸药药量和爆炸深度对水射流高度的影响 |
4.5 炸药药量和爆炸深度对水射流宽度的影响 |
4.6 观测点处的压力变化 |
4.7 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
附录 A 论文使用的符号的意义 |
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
致谢 |
(2)水下爆炸与波浪联合作用下舰船毁伤特性分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究目的与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 水下爆炸冲击波 |
1.2.2 水下爆炸气泡脉动 |
1.2.3 水下爆炸对结构毁伤 |
1.2.4 考虑波浪的水下爆炸 |
1.3 研究综述小结 |
1.4 主要研究内容 |
第2章 非线性有限元方法在舰船水下爆炸中的应用 |
2.1 引言 |
2.2 基于声学有限元的水下爆炸数值模拟方法 |
2.2.1 水下爆炸声学有限元控制方程与数值离散 |
2.2.2 边界条件处理与声固耦合的实现方法 |
2.2.3 声学材料截断空化模型 |
2.2.4 验证 |
2.3 基于欧拉有限元的水下爆炸数值模拟方法 |
2.3.1 水下爆炸欧拉有限元方法基本控制方程 |
2.3.2 多相流界面的VOF方法 |
2.3.3 基于罚函数的流固耦合方法 |
2.3.4 材料状态方程 |
2.3.5 验证 |
2.4 本章小结 |
第3章 波浪中水下爆炸冲击波对舰船局部板架毁伤特性研究 |
3.1 引言 |
3.2 线性波基本理论及波面曲率 |
3.3 冲击波与波浪耦合机理研究 |
3.4 不同波浪参数对冲击波载荷特性影响规律 |
3.4.1 波浪相位对冲击波空化效应与载荷特性的影响 |
3.4.2 波浪波长对冲击波空化效应与载荷特性的影响 |
3.5 波浪中冲击波对板架结构冲击毁伤特性 |
3.5.1 板架模型 |
3.5.2 水平板架-水域耦合空化现象 |
3.5.3 竖直板架-水域耦合空化现象 |
3.5.4 水平板架在冲击波作用下的响应 |
3.5.5 竖直板架在冲击波作用下的响应 |
3.6 本章小结 |
第4章 水下爆炸气泡与波浪耦合特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 气泡与波浪耦合实验研究 |
4.2.1 无量纲化 |
4.2.2 实验原理及流程 |
4.2.3 实验结果及分析 |
4.3 水下爆炸气泡与波浪耦合机理研究 |
4.4 不同波浪参数对气泡动态特性影响规律 |
4.4.1 波浪相位对气泡动态特性的影响 |
4.4.2 波浪波长对气泡动态特性的影响 |
4.5 本章小结 |
第5章 水下爆炸与波浪联合作用下舰船总体毁伤特性研究 |
5.1 引言 |
5.2 船体结构模型 |
5.2.1 船体材料本构关系 |
5.2.2 船体模型与结构模态 |
5.3 舰船在静水中和波浪中遭遇水下爆炸毁伤分析 |
5.3.1 冲击波阶段毁伤分析 |
5.3.2 气泡脉动阶段毁伤分析 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(3)接触爆炸作用下舰船冲击环境特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 目的与意义 |
1.2 国内外发展现状 |
1.2.1 空中接触爆炸研究现状 |
1.2.2 水下接触爆炸研究现状 |
1.2.3 舰船冲击环境研究现状 |
1.3 论文主要工作简介 |
第2章 接触爆炸与冲击环境相关理论 |
2.1 引言 |
2.2 爆炸基本理论 |
2.2.1 炸药爆炸的C-J理论 |
2.2.2 空中爆炸冲击波的产生与传播 |
2.2.3 水下爆炸冲击波的产生与传播 |
2.3 数值方法概述 |
2.4 计算模型有效性验证 |
2.4.1 空中爆炸冲击波的数值验证 |
2.4.2 水下爆炸冲击波的数值验证 |
2.5 冲击环境理论 |
2.5.1 舰船冲击环境分析方法 |
2.5.2 冲击谱的计算 |
2.6 本章小结 |
第3章 基于瞬态统计能量法的冲击环境分析 |
3.1 引言 |
3.2 瞬态统计能量分析原理 |
3.2.1 双耦合结构能量平衡方程的求解 |
3.2.2 多耦合结构能量时历求解 |
3.3 损耗因子获取方法研究 |
3.3.1 内损耗因子获取方法研究 |
3.3.2 耦合损耗因子获取方法研究 |
3.4 舰船简单舱段计算实例 |
3.4.1 能量输入计算 |
3.4.2 能量传递以及衰减分析 |
3.4.3 冲击环境传递以及衰减分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 空中接触爆炸下舰船冲击环境分析 |
4.1 引言 |
4.2 计算工况设置 |
4.3 外部接触爆炸下舰船冲击环境分析 |
4.3.1 船艉工况 |
4.3.2 船舯工况 |
4.3.3 船艏工况 |
4.4 舱室内爆下舰船冲击环境分析 |
4.4.1 L/4工况 |
4.4.2 L/2工况 |
4.4.3 3L/4工况 |
4.5 本章小结 |
第5章 水下接触爆炸下舰船冲击环境分析 |
5.1 引言 |
5.2 计算工况设置 |
5.3 水下接触爆炸下舰船冲击环境分析 |
5.3.1 L/4工况 |
5.3.2 L/2工况 |
5.3.3 3L/4工况 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(4)聚能炸药爆炸载荷作用下双层加筋圆柱壳结构毁伤特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 聚能战斗部发展现况 |
1.2.2 聚能战斗部侵彻性能研究现况 |
1.2.3 水下爆炸研究现状 |
1.3 本文研究的主要内容 |
第2章 水下爆炸流固耦合计算方法及验证 |
2.1 CEL算法简介 |
2.2 ALE算法简介 |
2.3 仿真验证 |
2.3.1 聚能射流仿真验证 |
2.3.2 水下爆炸冲击波载荷仿真验证 |
2.3.3 气泡载荷仿真验证 |
2.3.4 多层简易结构接触爆炸仿真验证 |
2.4 小结 |
第3章 聚能炸药水下金属射流载荷的影响因素分析 |
3.1 药型罩类型对金属射流载荷影响 |
3.2 起爆方式对金属射流载荷影响 |
3.3 水压对金属射流载荷影响 |
3.3.1 计算模型 |
3.3.2 爆深6m |
3.3.3 爆深300m |
3.3.4 计算结果对比 |
3.4 小结 |
第4章 聚能炸药爆炸载荷作用下双层加筋圆柱壳结构毁伤特性研究 |
4.1 材料及结构模型 |
4.2 双层壳结构在浅水区聚能炸药爆炸载荷作用下毁伤性能 |
4.2.1 浅水区金属射流穿孔尺寸计算 |
4.2.2 浅水区攻角0度时结构毁伤特性 |
4.2.3 浅水区攻角90度时结构毁伤特性 |
4.2.4 小结 |
4.3 双层壳结构在深水区聚能炸药爆炸载荷作用下毁伤性能 |
4.3.1 深水区金属射流载荷穿孔能力分析 |
4.3.2 深水区结构毁伤特性研究 |
4.4 小结 |
第5章 破片载荷作用下耐压壳结构防护性能研究 |
5.1 聚脲弹性体研究现状 |
5.2 仿真验证 |
5.2.1 仿真控制方程 |
5.2.2 材料模型 |
5.2.3 二维轴对称算法仿真验证 |
5.2.4 聚脲材料模型仿真验证 |
5.3 聚脲-钢板复合结构抗侵彻性能研究 |
5.3.1 夹层厚度对结构抗侵彻性能的影响 |
5.3.2 侵彻速度对结构抗侵彻性能的影响 |
5.4 耐压壳结构设计可行方案优选 |
5.4.1 聚脲层位置及厚度对结构抗侵彻性能的影响 |
5.4.2 新型双层结构抗侵彻性能分析 |
5.5 小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(5)舰船舱室内爆毁伤模式及力学判据研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 内爆载荷特性研究现状 |
1.2.2 内爆条件下结构响应研究现状 |
1.2.3 舰船舱内爆毁伤研究现状 |
1.3 论文的主要研究内容 |
第2章 舱室内爆毁伤模式分析 |
2.1 引言 |
2.2 内爆毁伤模式机理分析 |
2.3 舱段模型内爆试验 |
2.3.1 试验模型尺寸 |
2.3.2 试验测量系统 |
2.4 内爆毁伤试验参数测量与分析 |
2.4.1 试验工况设置 |
2.4.2 内爆冲击环境分析 |
2.4.3 毁伤破口分析 |
2.4.4 内爆试验毁伤模式分析 |
2.5 舱段模型试验仿真分析 |
2.5.1 计算模型 |
2.5.2 网格尺寸选取 |
2.5.3 数值验证 |
2.6 本章小结 |
第3章 小变形毁伤模式力学判据研究 |
3.1 引言 |
3.2 基于塑性动力学小变形分析 |
3.2.1 内爆载荷分析 |
3.2.2 典型船体板架结构力学分析 |
3.3 小变形力学判据分析 |
3.3.1 小变形毁伤模式一 |
3.3.2 小变形毁伤模式二 |
3.3.3 小变形毁伤模式三 |
3.3.4 小变形毁伤模式四 |
3.4 力学判据数值验证 |
3.4.1 典型小变形毁伤模式数值分析 |
3.4.2 比例距离对毁伤模式的影响分析 |
3.4.3 板架结构形式对小变形毁伤模式的影响分析 |
3.5 力学判据试验验证 |
3.5.1 试验工况设置 |
3.5.2 试验结果对比分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 大破口毁伤模式力学判据研究 |
4.1 引言 |
4.2 基于塑性动力学大破口分析 |
4.2.1 船体板架角隅处拉伸撕裂分析 |
4.2.2 基于瞬动模型方法力学判据分析 |
4.3 力学判据数值验证 |
4.3.1 典型大破口毁伤模式数值分析 |
4.3.2 比例距离对大破口毁伤模式的影响 |
4.3.3 板架结构形式对大破口毁伤模式的影响 |
4.4 大破口毁伤模式试验验证 |
4.4.1 试验工况设置 |
4.4.2 试验结果比较分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 球辐面冲击下破口毁伤模式力学判据研究 |
5.1 引言 |
5.2 基于塑性动力学板架结构断裂分析 |
5.2.1 球辐面内爆载荷简化加载 |
5.2.2 大板架结构断裂力学判据分析 |
5.3 力学判据数值验证 |
5.3.1 数值模型选取 |
5.3.2 结构断裂应变分析 |
5.4 爆炸载荷下结构断裂应变测试方法 |
5.4.1 试验装置设计 |
5.4.2 结构断裂应变数值验证 |
5.5 爆炸载荷下材料等效性研究 |
5.5.1 平板运动特性 |
5.5.2 基于平板运动材料等效分析 |
5.5.3 材料等效方法数值验证 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(6)水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳毁伤特性实验与数值研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 论文研究的背景和意义 |
1.2 水下爆炸载荷与分类 |
1.3 水下爆炸冲击波载荷研究进展 |
1.3.1 理论与数值研究 |
1.3.2 实验研究 |
1.4 水下爆炸气泡载荷研究进展 |
1.4.1 理论与数值研究 |
1.4.2 实验研究 |
1.5 水下爆炸圆柱壳结构响应研究进展 |
1.5.1 理论与数值研究 |
1.5.2 实验研究 |
1.6 国内外研究的不足 |
1.7 本文主要研究工作 |
第2章 冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳缩比模型及毁伤实验方案 |
2.1 引言 |
2.2 水下爆轰理论与爆炸载荷 |
2.2.1 JWL状态方程 |
2.2.2 水下爆炸载荷 |
2.2.3 水中冲击波基本关系及圆柱壳透射分析 |
2.3 水下爆炸缩比模型与实验方案设计 |
2.3.1 缩比模型水下爆炸相似理论 |
2.3.2 深水爆炸环境实验模拟方法 |
2.3.3 实验场所的选择 |
2.3.4 局部毁伤加筋圆柱壳实验模型与方案设计 |
2.3.5 总体毁伤加筋圆柱壳实验模型与方案设计 |
2.3.6 数据测量系统和实验设备 |
2.3.7 线缆与仪器安全防护 |
2.3.8 实验模型吊装下水 |
2.3.9 实验操作流程 |
2.4 本章小结 |
第3章 非接触爆炸条件下加筋圆柱壳局部毁伤特性数值研究 |
3.1 引言 |
3.2 基于ALE方法的水下爆炸数值仿真方法 |
3.3 冲击波载荷对加筋圆柱壳结构的作用 |
3.3.1 单层加筋圆柱壳冲击波作用过程与响应分析 |
3.3.2 双层加筋圆柱壳冲击波作用过程与响应分析 |
3.4 单双层壳体结构肋骨失效的总体损伤力学模型 |
3.4.1 单层圆柱壳内肋骨动塑性损伤的判据 |
3.4.2 双层圆柱壳内肋骨力学模型和计算方法 |
3.4.3 单双层壳体结构肋骨失效的总体损伤力学模型验证 |
3.5 冲击波作用阶段结构响应及影响因素分析 |
3.5.1 加筋圆柱壳两端边界条件的影响 |
3.5.2 药量的影响 |
3.5.3 爆距的影响 |
3.5.4 壳体厚度的影响 |
3.5.5 环肋厚度的影响 |
3.5.6 材料属性的影响 |
3.5.7 静水压力的影响 |
3.6 近场水下爆炸气泡与加筋圆柱壳相互作用与结构毁伤分析 |
3.6.1 近圆柱壳壁面气泡运动特性数值验证 |
3.6.2 爆炸气泡载荷作用机理 |
3.7 爆炸气泡作用阶段结构响应及影响因素分析 |
3.7.1 加筋圆柱壳两端边界条件的影响 |
3.7.2 静水压力的影响 |
3.7.3 方位角的影响 |
3.7.4 药量的影响 |
3.7.5 爆距的影响 |
3.8 本章小结 |
第4章 接触爆炸条件下加筋圆柱壳局部毁伤特性数值研究 |
4.1 引言 |
4.2 冲击波载荷对加筋圆柱壳结构的毁伤分析 |
4.2.1 单层加筋圆柱壳冲击波毁伤 |
4.2.2 双层加筋圆柱壳冲击波毁伤 |
4.3 加筋圆柱壳结构毁伤与影响因素分析 |
4.3.1 药量的影响 |
4.3.2 圆柱壳厚度的影响 |
4.3.3 环肋厚度的影响 |
4.3.4 材料的影响 |
4.4 水下接触爆炸冲击波与爆炸气泡联合作用毁伤分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 计及静水压力的水下爆炸载荷作用下加筋圆柱壳局部毁伤特性实验研究 |
5.1 引言 |
5.2 数据测点分布与实验工况 |
5.3 实验结果与数据分析 |
5.3.1 改进HHT方法 |
5.3.2 自由场压力载荷特性 |
5.3.3 壁压载荷特性 |
5.3.4 加速度响应特性 |
5.3.5 结构塑性毁伤与应变响应 |
5.4 加筋圆柱壳结构响应数值计算结果验证 |
5.5 本章小结 |
第6章 爆炸气泡载荷作用下加筋圆柱壳总体毁伤特性实验与数值研究 |
6.1 引言 |
6.2 基于ALE方法的爆炸气泡载荷作用机理与结构总体响应数值研究 |
6.3 加筋圆柱壳总体毁伤及影响因素分析 |
6.3.1 爆距的影响 |
6.3.2 药量的影响 |
6.3.3 方位角的影响 |
6.3.4 爆源轴向偏移的影响 |
6.3.5 静水压力的影响 |
6.3.6 壳体厚度的影响 |
6.4 爆炸气泡载荷总体毁伤实验研究 |
6.4.1 实验模型模态频率 |
6.4.2 数据测点分布与实验工况 |
6.5 实验数据处理与结果分析 |
6.5.1 结构应变响应分析 |
6.5.2 鞭状运动实验与数值结果对比 |
6.5.3 自由场压力分析 |
6.5.4 极近场毁伤分析 |
6.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(7)两种典型结构在水下爆炸冲击波作用下的毁伤效应研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题背景和研究意义 |
1.2 水下爆炸载荷研究现状 |
1.3 水下爆炸载荷毁伤典型结构研究现状 |
1.3.1 平板结构动态响应研究 |
1.3.2 箱型梁结构动态响应研究 |
1.3.3 圆柱壳结构动态响应研究 |
1.4 国内外研究工作总结 |
1.5 本论文主要工作 |
2 两种典型目标结构模型的分析与建立 |
2.1 固支多层片组结构 |
2.1.1 舰船隔舱结构 |
2.1.2 鱼雷头部易损结构 |
2.1.3 固支多层片组结构模型建立 |
2.2 屏蔽装药结构 |
2.2.1 水中武器战斗部结构 |
2.2.2 屏蔽装药结构模型建立 |
2.3 本章小结 |
3 多层片组结构在水下爆炸冲击波作用下的动态响应研究 |
3.1 引言 |
3.2 理论模型 |
3.3 数值计算 |
3.3.1 仿真模型 |
3.3.2 材料模型及参数 |
3.3.3 计算结果分析 |
3.4 试验验证 |
3.4.1 试验过程 |
3.4.2 压力测试结果分析 |
3.5 本章小结 |
4 水下爆炸冲击波对屏蔽装药冲击引爆研究 |
4.1 引言 |
4.2 理论分析 |
4.2.1 水下屏蔽装药冲击引爆机理 |
4.2.2 炸药的冲击引爆判据 |
4.2.3 冲击起爆参数计算 |
4.3 数值模拟研究 |
4.3.1 数值模型 |
4.3.2 材料模型与状态方程 |
4.4 分析与讨论 |
4.4.1 理论方法与数值仿真一致性分析 |
4.4.2 冲击起爆过程描述 |
4.4.3 屏蔽装药冲击引爆影响因素分析 |
4.5 空气中爆炸冲击波与水下冲击波对比研究 |
4.6 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(8)舰船泡沫夹芯结构在近场水下爆炸载荷下的响应特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和目的 |
1.2 泡沫夹芯结构概述 |
1.3 泡沫夹芯结构抗冲击力学行为研究现状 |
1.3.1 实验研究 |
1.3.2 理论研究 |
1.3.3 数值研究 |
1.4 舰船舷侧结构遭遇水下爆炸防护机理研究现状 |
1.5 存在的问题与不足 |
1.6 本文主要研究内容 |
第2章 水下爆炸ALE方法及泡沫材料本构模型理论 |
2.1 引言 |
2.2 水下爆炸冲击波载荷 |
2.3 水下爆炸ALE方法基本理论 |
2.3.1 控制方程 |
2.3.2 数值算法 |
2.4 板架结构水下接触爆炸验证 |
2.4.1 有限元模型 |
2.4.2 材料模型及状态方程 |
2.4.3 仿真结果分析 |
2.5 泡沫材料的力学模型 |
2.5.1 可压缩泡沫本构模型 |
2.5.2 可压缩泡沫计算原理 |
2.5.3 泡沫材料的应变率强化效应 |
2.6 本章小节 |
第3章 泡沫夹芯板在近场水下爆炸载荷下的响应特性 |
3.1 引言 |
3.2 水下爆炸冲击载荷数值模型验证 |
3.3 泡沫夹芯板抗冲击载荷数值模型验证 |
3.3.1 有限元计算模型 |
3.3.2 材料本构模型及参数 |
3.3.3 仿真结果分析 |
3.4 水下爆炸载荷下泡沫夹芯板的冲击响应过程 |
3.4.1 有限元计算模型 |
3.4.2 泡沫夹芯板的冲击变形特征 |
3.4.3 泡沫夹芯板的冲击波载荷传播特性 |
3.4.4 泡沫夹芯板的能量吸收特性 |
3.5 泡沫夹芯板冲击响应对比分析 |
3.5.1 单层板与泡沫夹芯板响应特性对比 |
3.5.2 背空和背水泡沫夹芯板响应特性对比 |
3.5.3 泡沫聚乙烯和泡沫铝夹芯板的响应特性对比 |
3.6 本章小结 |
第4章 泡沫夹芯板结构冲击响应特性的影响参数分析 |
4.1 引言 |
4.2 方型泡沫铝夹芯板模型 |
4.2.1 有限元计算模型 |
4.2.2 材料本构模型及参数 |
4.3 泡沫夹芯板结构参数对变形和吸能的影响 |
4.3.1 泡沫相对密度 |
4.3.2 泡沫芯层高度 |
4.3.3 金属面板厚度 |
4.3.4 面板厚度比例 |
4.3.5 泡沫密度梯度 |
4.4 泡沫夹芯板结构参数对冲击谱速度的影响 |
4.4.1 冲击谱的计算原理 |
4.4.2 泡沫夹芯结构的冲击响应谱特性 |
4.5 本章小节 |
第5章 舰船舷侧泡沫夹芯结构的冲击防护特性 |
5.1 引言 |
5.2 舷侧结构在水下接触爆炸作用下的响应特性 |
5.2.1 舷侧结构水下接触爆炸模型 |
5.2.2 舷侧结构的水下接触爆炸冲击响应特性 |
5.3 舷侧泡沫夹芯结构防护性能分析 |
5.3.1 舷侧泡沫夹芯防护结构模型 |
5.3.2 泡沫夹芯材料对结构防护性能分析 |
5.3.3 泡沫夹芯外板结构的防护性能分析 |
5.3.4 泡沫夹芯膨胀舱壁的防护性能分析 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(9)鱼雷入水及其近场水下爆炸对舰船结构毁伤特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 水下爆炸基本现象及分类 |
1.3 研究方法与进展综述 |
1.3.1 入水冲击水动力特性研究进展 |
1.3.2 近场水下爆炸载荷研究进展 |
1.3.3 水下爆炸气泡与复杂边界耦合特性研究进展 |
1.3.4 近场水下爆炸对舰船毁伤特性研究进展 |
1.4 国内外研究综述小结 |
1.5 本论文主要工作 |
1.5.1 论文的主要研究工作 |
1.5.2 论文的创新点 |
第2章 流固耦合问题计算方法的比较分析 |
2.1 引言 |
2.2 流固耦合方法比较分析 |
2.2.1 欧拉法 |
2.2.2 拉格朗日法 |
2.2.3 任意拉格朗日-欧拉法(ALE) |
2.2.4 耦合欧拉-拉格朗日方法(CEL) |
2.2.5 边界元方法 |
2.2.6 无网格方法 |
2.3 耦合欧拉-拉格朗日(CEL)理论方法 |
2.3.1 控制方程 |
2.3.2 耦合界面控制 |
2.3.3 耦合方法有效性验证 |
2.4 光滑粒子流体动力学(SPH)理论方法 |
2.4.1 场函数的核近似 |
2.4.2 场函数导数的核近似 |
2.4.3 状态方程 |
2.4.4 SPH方法有效性验证 |
2.5 本章小结 |
第3章 鱼雷入水冲击全非线性水动力特性研究 |
3.1 引言 |
3.2 数学模型 |
3.2.1 全非线性边界条件 |
3.2.2 控制方程求解 |
3.3 数值结果与讨论 |
3.3.1 鱼雷垂直入水 |
3.3.2 鱼雷斜向入水 |
3.4 本章小结 |
第4章 鱼雷近场水下爆炸冲击波及结构响应特征研究 |
4.1 引言 |
4.2 自由场与沉底爆炸冲击波传播特性 |
4.2.1 四周固壁的自由场中冲击波传播特性 |
4.2.2 沉底爆炸与自由场爆炸冲击波传播特性对比 |
4.3 水下爆炸冲击波在液舱结构中传播规律 |
4.3.1 计算模型 |
4.3.2 冲击波的产生及其传播规律 |
4.3.3 液舱对冲击波衰减的作用 |
4.3.4 外板对冲击波衰减的作用 |
4.3.5 破口的计算与分析 |
4.4 近场爆炸冲击波与中远场爆炸对比分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 鱼雷近场水下爆炸弹片及射流作用下结构响应特征研究 |
5.1 引言 |
5.2 舰船舷侧液舱弹片碰撞现象研究 |
5.2.1 计算模型及冲击波传播 |
5.2.2 液舱宽度对弹片衰减效应的影响 |
5.2.3 外板厚度对弹片衰减效应的影响 |
5.2.4 有无液舱外板的影响 |
5.2.5 液舱破口计算分析 |
5.2.6 不同弹片入射角衰减的影响 |
5.3 射流对舰船结构的影响 |
5.3.1 计算模型及射流冲击过程 |
5.3.2 射流对板的破坏规律 |
5.3.3 射流速度的衰减 |
5.3.4 不同射流形状及速度对舰船结构的影响 |
5.4 本章小结 |
第6章 近自由液面下结构破口附近水下爆炸气泡运动特性试验研究 |
6.1 引言 |
6.2 试验基本原理 |
6.2.1 试验装置 |
6.2.2 试验模型 |
6.2.3 坐标系定义及无量纲参数 |
6.3 单层壁面破口附近气泡运动特性 |
6.3.1 近壁面破口附近气泡运动特性 |
6.3.2 近自由液面下垂直壁面破口附近气泡运动特性 |
6.3.3 近自由液面下倾斜壁面破口附近气泡运动特性 |
6.4 双层壁面破口附近气泡运动特性 |
6.4.1 近双层壁面破口附近气泡运动特性 |
6.4.2 半舱双层壁面破口附近气泡运动特性 |
6.4.3 空舱双层壁面破口附近气泡运动特性 |
6.5 本章小结 |
第7章 鱼雷近场水下爆炸对大型舰船毁伤特性研究 |
7.1 引言 |
7.2 载荷及边界条件 |
7.2.1 气泡射流载荷及施加方法 |
7.2.2 射流对舰船结构的毁伤 |
7.3 计算模型及工况说明 |
7.4 塑性位移的取法 |
7.5 鱼雷攻击舰船局部强度校核 |
7.5.1 爆距 1m船艏正下方爆炸的局部强度校核 |
7.5.2 爆距 2m船艏正下方爆炸的局部强度校核 |
7.5.3 爆距 4m船艏正下方爆炸的局部强度校核 |
7.5.4 爆距 6m船艏正下方爆炸的局部强度校核 |
7.6 冲击环境分析 |
7.6.1 同工况下不同位置的冲击环境 |
7.6.2 设备及人员冲击环境安全区域评估 |
7.7 舰船设备一体化抗冲击分析 |
7.7.1 加速度响应 |
7.7.2 应力响应 |
7.7.3 柴油机结构冲击安全性分析 |
7.7.4 结论 |
7.8 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(10)水下爆炸下舰艇典型结构塑性损伤研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 研究背景 |
1.2.1 水下爆炸基本现象 |
1.2.2 潜艇结构毁伤 |
1.2.3 舰船结构毁伤 |
1.3 潜艇圆柱壳结构塑性损伤研究方法及进展 |
1.3.1 理论研究 |
1.3.2 数值研究 |
1.3.3 试验研究 |
1.4 舰船板架结构塑性损伤研究方法及进展 |
1.4.1 理论研究 |
1.4.2 数值研究 |
1.4.3 试验研究 |
1.5 结构防护研究方法及进展 |
1.6 国内外研究工作总结 |
1.7 本文主要研究工作 |
1.8 本文主要创新点 |
1.9 本论文主要框架 |
第2章 水下爆炸作用下加筋圆柱壳壳体结构总体塑性损伤研究 |
2.1 引言 |
2.2 载荷计算方法 |
2.2.1 冲击波及气泡脉动载荷 |
2.2.2 载荷转化 |
2.3 圆柱壳舱段力学模型 |
2.4 总体损伤计算方法 |
2.4.1 屈服条件 |
2.4.2 冲击波作用下圆柱壳壳体结构总体塑性损伤计算方法 |
2.4.3 气泡脉动载荷作用下圆柱壳壳体结构总体塑性损伤计算方法 |
2.4.4 单、双层圆柱壳的区别 |
2.4.5 有效性验证 |
2.5 工况参数的影响 |
2.5.1 药量的影响 |
2.5.2 爆距的影响 |
2.5.3 水深的影响 |
2.6 本章小结 |
第3章 水下爆炸作用下加筋圆柱壳局部壳板结构塑性损伤研究 |
3.1 引言 |
3.2 板条梁力学模型 |
3.3 局部损伤计算方法 |
3.3.1 单层圆柱壳 |
3.3.2 双层圆柱壳 |
3.3.3 有效性验证 |
3.4 工况参数的影响 |
3.4.1 药量的影响 |
3.4.2 爆距的影响 |
3.4.3 水深的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 加筋圆柱壳水下爆炸冲击损伤试验研究 |
4.1 引言 |
4.2 试验方案 |
4.2.1 试验模型 |
4.2.2 试验工况 |
4.2.3 试验实施 |
4.3 试验结果分析 |
4.3.1 工况1结果分析 |
4.3.2 工况2结果分析 |
4.3.3 单、双层圆柱壳塑性变形对比 |
4.3.4 损伤模式总结 |
4.4 加筋圆柱壳塑性损伤计算方法的有效性验证 |
4.4.1 总体塑性损伤计算方法 |
4.4.2 局部壳板结构塑性损伤计算方法 |
4.5 本章小结 |
第5章 水下爆炸作用下板架结构塑性损伤研究 |
5.1 引言 |
5.2 板架塑性变形的计算方法 |
5.2.1 计算方法 |
5.2.2 有效性验证 |
5.3 板架塑性损伤区域范围的计算方法 |
5.3.1 计算方法 |
5.3.2 有效性的验证 |
5.4 结构及材料参数对板架塑性损伤的影响 |
5.4.1 板架塑性变形 |
5.4.2 板架塑性损伤区域范围 |
5.5 本章小结 |
第6章 水下爆炸作用下板架结构破口研究 |
6.1 引言 |
6.1.1 破口类型 |
6.1.2 判别衡准 |
6.2 破口大小的计算方法 |
6.2.1 经典办法 |
6.2.2 冲塞型破口 |
6.2.3 撕裂型破口 |
6.3 有效性验证 |
6.3.1 冲塞型破口 |
6.3.2 撕裂型破口 |
6.4 结构及材料参数对板架结构破口大小的影响 |
6.4.1 冲塞型破口 |
6.4.2 撕裂型破口 |
6.5 本章小结 |
第7章 舰船局部结构水下爆炸冲击损伤试验研究 |
7.1 引言 |
7.2 双层底缩比模型试验方案 |
7.2.1 试验模型 |
7.2.2 试验工况 |
7.2.3 试验实施 |
7.3 舱段模型试验方案 |
7.3.1 试验模型 |
7.3.2 试验工况 |
7.3.3 试验实施 |
7.4 试验结果分析 |
7.4.1 双层底缩比模型试验 |
7.4.2 舱段模型试验结果分析 |
7.4.3 舰船局部结构的毁伤模式 |
7.4.4 板架结构塑性损伤计算方法的有效性验证 |
7.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
四、水下爆炸对板壳结构破坏机理研究(论文参考文献)
- [1]炸药药量和爆炸深度对水射流特性的影响研究[D]. 魏铭利. 西华大学, 2021
- [2]水下爆炸与波浪联合作用下舰船毁伤特性分析[D]. 王南. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
- [3]接触爆炸作用下舰船冲击环境特性研究[D]. 林猛. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
- [4]聚能炸药爆炸载荷作用下双层加筋圆柱壳结构毁伤特性研究[D]. 刘启庆. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
- [5]舰船舱室内爆毁伤模式及力学判据研究[D]. 洪峰. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
- [6]水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳毁伤特性实验与数值研究[D]. 张开朋. 哈尔滨工程大学, 2019
- [7]两种典型结构在水下爆炸冲击波作用下的毁伤效应研究[D]. 李元龙. 南京理工大学, 2019(06)
- [8]舰船泡沫夹芯结构在近场水下爆炸载荷下的响应特性研究[D]. 王斌俊. 哈尔滨工程大学, 2018(12)
- [9]鱼雷入水及其近场水下爆炸对舰船结构毁伤特性研究[D]. 杨衡. 哈尔滨工程大学, 2017(06)
- [10]水下爆炸下舰艇典型结构塑性损伤研究[D]. 杨棣. 哈尔滨工程大学, 2015(11)