水下爆炸载荷作用下加筋板变形及开裂试验研究

为了解加筋板结构在水下爆炸载荷作用下的变形模式,以及为数值仿真计算提供材料的开裂判据,通过试验研究,给出了加筋板的两种不同塑性变形模式。通过测量试验后加筋板裂纹的减薄率,利用体积等效原理确定了Q235钢在加筋板边界拉伸撕裂破坏模式中的开裂极限应变值,为结构在爆炸冲击作用下破损的数值仿真奠定了基础。

爆炸冲击作用下加筋板结构变形研究

为了预报加筋板结构在爆炸冲击载荷作用下的变形程度,将加筋板的变形分为整体变形和局部变形,借助数值计算拟合了两者能量分配关系,进而提出了爆炸冲击作用下加筋板结构变形的理论计算方法,并与实验结果进行比较,结果吻合较好。

水下爆炸载荷作用下加筋板的毁伤模式

为研究加筋板结构在水下爆炸载荷作用下的破坏模式,进行了一系列模型试验。通过对试验结果的分析,将加筋板的毁伤模式总体分为塑性大变形(模式I)、拉伸破坏(模式II)和剪切破坏(模式III)等3大类。又根据载荷强弱和加强筋的相对强度,将每种破坏模式细分为3种子模式。提出了一个量纲一的损伤因子,作为预报毁伤模式的判据。

水下爆炸气泡射流现象的试验研究

水下爆炸气泡塌陷产生的射流载荷会对舰船结构造成严重地毁伤,而射流现象又十分复杂.为研究水下爆炸气泡射流的产生条件以及载荷形式,文章设计了一系列的试验,通过高速摄影观测气泡运动过程,同时利用压力传感器对气泡周围的压力场进行记录.将试验结果与经典的Blake判断准则进行了比较分析,提出了气泡产生冲向靶板的射流条件.同时通过对试验中测量到的压力-时间曲线进行分析,可以看出射流的产生对气泡载荷的压力、冲量、能量都产生了很大影响,从能量的角度提出射流现象将使气泡能量集中,并对其正前方结构可能产生更大的毁伤.在分析试验结果的基础上分析了射流产生的机理,得到了不同引力和浮力方向情况下的射流形成条件和射流形成的载荷形式,为舰船结构抗爆研究提供参考.

炸药水下爆炸能量输出特性试验研究

为了解炸药水中爆炸能量的输出特性,特别是冲击波能随距离的衰减规律,对有效比冲能进行了研究。经过理论推导发现,传统的有效比冲能计算公式仍然满足相似律。TNT炸药水下爆炸试验结果表明,炸药的有效比冲能、比气泡能和总能量的测量结果与经验公式计算结果吻合较好。通过对试验结果进行分析,拟合得到了有效比冲能随距离变化的趋势线。对比经验公式结果,发现在小药量试验中冲击波能随距离的衰减更明显。

边界条件对水下爆炸气泡运动特性的影响分析

在近距爆炸条件下,受到边界的影响,水下爆炸气泡会出现非球状运动情况。为了得到球状气泡假设的适用条件,对深水自由场、近自由液面、近刚性壁和弹性边界等不同边界条件下水下爆炸气泡的动态特性进行了仿真计算。通过对气泡最大半径和脉动周期仿真结果的对比分析,可以得到如下结论:当爆心距离边界约等于气泡最大半径时,自由表面会使气泡的最大半径略有减小,周期缩短,刚性壁的影响与之相反,弹性边界的影响介于二者之间;在近自由边界条件下爆距大于2倍气泡半径,近弹性结构和刚性壁边界条件下爆距大于3倍气泡半径时,水下爆炸气泡可近似认为球状脉动。

水下近场非接触爆炸作用下固支方板破口计算

为研究水下近场非接触爆炸载荷作用下固支方板的破口现象,根据能量守恒原理,假设冲击波能完全转化为结构的初始动能,进而转化为结构的塑性变形能。通过假设变形模式,建立塑性变形能与平板转角之间关系,进而求解平板转角。平板在中间出现破口后,裂纹向外扩展,呈现花瓣状,满足环向应变等于开裂应变条件时裂纹终止,破口达到最大。根据转角大小,可以求解破口尺寸。与通用有限元软件ABAQUS/EXPLICIT计算结果对比,两行吻合较好。工程上,可以利用所建立的计算方法估算破口大小。

水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形中的作用

水下爆炸产生的冲击波载荷和气泡载荷都会对水中结构产生毁伤作用。为研究水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形挠度中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus/Explicit对加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了一系列数值仿真。载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型,将部分计算工况与试验结果比较,两者吻合较好。通过分析计算结果可以看出在气泡载荷在加筋板塑性变形中的比重主要受爆距影响,爆距越小,所起的作用越大。所以,在水下近场爆炸计算中,气泡载荷引起的塑性变形不容忽视。

舰船局部结构在水下爆炸气泡载荷作用下的塑性变形分析

在水下爆炸载荷作用下的舰船局部结构塑性变形计算中,往往只考虑冲击波载荷的影响而忽略气泡载荷的影响。为研究气泡载荷在舰船局部结构塑性变形中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus,对舰船局部结构典型形式加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值仿真。其中,载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型。分析仿真结果发现,模型中点变形挠度明显分为两个阶段,很容易区分冲击波载荷引起的变形和气泡载荷引起的变形。将最终变形挠度仿真计算结果与试验结果进行对比,两者吻合较好。计算结果表明:由气泡载荷引起的加筋板塑性变形挠度超过总变形挠度的30%,所以在计算中气泡载荷的影响不容忽视。

水下爆炸载荷作用下舰船结构响应研究综述

在海战中,水下爆炸载荷是舰船结构的主要威胁之一。舰船结构响应非常复杂,可以分为整体响应和局部响应两大类,分别从这两个方面总结了水下爆炸载荷作用下舰船结构响应研究的国内外研究进展情况。根据不同的研究方法,从理论、试验和仿真三个角度对收集的文献进行了详细的分析与总结,并在此基础上提出了现有工作中的不足,对该领域有待解决的问题和发展趋势进行了展望,可为其他研究者提供参考。

近壁面水下爆炸冲击波载荷参数研究

水下爆炸过程中结构会受到冲击波载荷的作用,同时结构也会对冲击波载荷产生反作用。为了解结构对冲击波参数的影响规律,从牛顿第二定律出发,推导了冲击波压力、正压作用时间和比冲量与板厚之间的关系。为验证计算方法的正确性,设计了验证性试验,试验证实计算结果与试验结果吻合较好。计算表明:冲击波载荷参数主要受到板厚的影响,板厚越厚,冲击波衰减越慢;正压作用时间越长,比冲量就越大,在刚性壁情况下,比冲量为自由场的2倍。

近自由面水下爆炸气泡现象的数值仿真研究

为了解近自由面水下爆炸气泡的动态特性,利用大型商业有限元软件MSC. Dytran,对3种典型工况下的气泡现象进行了数值仿真。仿真结果显示,气泡射流方向与基本理论预测结果基本一致,仿真气泡半径与理论计算吻合较好。由此得出结论,可以利用MSC. Dytran来模拟水下爆炸气泡现象,并对气泡射流现象进行研究。

水下爆炸作用下加筋板结构响应的数值仿真研究

运用有限元程序MSC.Dytran数值模拟水下爆炸作用下舰船上典型的加筋板结构的响应,采用一般耦合算法模拟了流体与结构的耦合效应,在计算中考虑了材料的应变率强化效应,并将数值仿真结果与试验结果进行比较,两者吻合较好。在此基础上分析了板架的变形模式,加强筋在板架变形过程中的作用,以及板架最大塑性应变出现的位置。

垂向冲击作用下金字塔点阵夹芯单元结构失效分析

为研究金字塔点阵夹芯结构在垂向冲击载荷作用下的动态力学性能,通过对其中一个单元结构在垂向压力作用下的受力和失效模式分析,同时考虑应变强化和应变率影响,建立了结构失效应力计算方法。为验证该计算方法,开展了落锤冲击试验,同时利用高速摄影机记录模型的响应过程,测量了模型垂向压缩的等效应力-应变关系。试验结果表明:结构失效模式与理论分析吻合,结构失效应力与理论计算相差不大。该研究结果可为金字塔点阵夹芯结构冲击吸能理论研究和数值仿真研究提供参考。

爆炸载荷作用下夹芯防护结构变形吸能机理研究

为研究爆炸载荷作用下防护结构的抗爆能力和吸能机理,利用有限元软件Abaqus/Explicit分别对面密度相等的实心板和夹芯板进行了仿真计算。仿真结果显示单元类型对结果影响不大;相同工况下夹芯板结构前面板变形大于实心板,后面板变形小于实心板;外载荷对夹芯板所做的功主要转变为动能和塑性变形能,以塑性变形能为主,夹芯板塑性吸能能力明显大于实心板,在一定范围内随着爆炸载荷增大,优势更为明显。研究结果表明仿真方法能够较好地反映夹芯防护结构缓冲吸能过程和结果,与试验具有较好的一致性;夹芯防护结构主要依靠塑性变形来吸能。

考虑腐蚀因素的船体结构寿命预测方法

为建立考虑腐蚀因素的船体结构寿命预测方法,在分析现有常用的船体结构腐蚀损伤时变模型的基础上,根据舰船维修保障实际情况建立了考虑腐蚀防护系统作用时间和维修时间等因素的腐蚀时变模型。根据相关规范选择了船体结构腐蚀寿命标准,并建立了一种计算船体结构腐蚀寿命的方法。该方法建立了船体结构腐蚀寿命与腐蚀防护系统作用时间和修理时间等因素之间的量化关系,可以用于预测均匀腐蚀条件下船体结构寿命,也可以反过来指导腐蚀防护系统设计指标的选择和船体结构维修策略的确定。

舰船抗爆领域水下爆炸载荷研究进展

海战中水下爆炸载荷是舰船的重要威胁之一,为了给舰船抗爆研究提供准确的载荷输入,需要对载荷进行系统研究。通过查阅大量文献,介绍了国内外舰船抗爆领域水下爆炸载荷的研究概况,从冲击波载荷和气泡载荷两个方面总结了该领域的研究进展。由于冲击波载荷的研究比较成熟,重点对气泡运动方程、气泡射流等气泡阶段的研究工作进行了总结和分析。并且在分析前人工作的基础上对该领域有待进一步解决的问题和发展趋势进行了展望,为该领域内研究工作的开展提供一定参考。

本科毕业设计多层次团队指导模式的探索与实践

为提高本科毕业设计的质量,根据船舶与海洋工程专业毕业设计课题实际特点,海军工程大学构建了“总设计师-主指导教师-分方向指导教师”多层次团队指导体系,建立了“指导教师团队-学生设计团队”的多对多指导模式,明确了团队中每一层次指导教师的职责分工和具体要求,提出了分层次合作指导的方法,同时探索了团队中指导教师工作量的计算方法,并对该指导模式进行了初步实践。实践结果表明该模式为学生毕业设计提供了更为充足的知识支撑,提高了毕业设计质量,同时也增大了指导教师之间的交流,提高了教师的水平。该经验和做法可为其他相近理工科专业毕业设计指导模式改革提供参考和借鉴。

近自由面水下爆炸气泡相似问题的仿真研究

为更好地了解近自由面水下爆炸气泡运动的相似问题,以便可以利用相对廉价的缩比试验得到原型试验才能得到的信息,在不可压缩非粘性流体中守恒方程相似的基础上,考虑气泡的最大半径、炸药深度、压力等参数相似,提出了一种水下爆炸气泡运动的相似设计方法,并通过数值仿真的方法进行了验证。同时,对近自由面气泡射流产生的条件和特点进行了分析。结果表明,在满足相似条件的工况下,气泡的运动和气泡射流产生的方向、形状等特性都基本上相同。

固支方板在水下爆炸气泡射流作用下动态响应

为研究水下爆炸气泡溃灭发生射流时对水中结构的影响,借助于商用瞬态动力学有限元软件MSC.Dytran,对固支方板在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行研究。对底部爆炸和侧面爆炸两种典型情况进行计算,将气泡运动过程与试验结果进行对比分析,两者吻合较好,验证所建立方法的可行性。在此基础上,对射流发生时流场情况以及固支方板的响应特点进行分析,认为射流载荷是局部载荷,可以引起严重的局部破坏,在近场水下爆炸研究中必须予以重视。