爆炸载荷下多胞元液舱结构的防护效能研究

为探究多胞元液舱结构对爆炸载荷的防护效能,提出了内凹多胞元液舱结构,建立了常规液舱结构、内凹多胞元液舱结构的三维数值模拟模型,比较了两类结构在不同强度的爆炸载荷作用下的响应和防护特性,讨论了充液方式变化对多胞元液舱结构抗爆效能的影响。结果表明:在爆炸载荷作用下,完全充液液舱结构的前、后面板均呈现出与爆轰方向一致的弯曲变形,其余外侧面板呈现出向结构外部的弯曲变形,部分充液液舱结构的变形形貌与充液位置有关;在对结构进行完全充液时,内凹多胞元液舱结构的抗爆效能优于常规液舱结构;在对结构进行部分充液时,于近爆端进行部分充液的内凹多胞元液舱结构的抗爆效能优于常规液舱结构,于远爆端进行部分充液的内凹多胞元液舱结构的抗爆效能劣于常规液舱结构。

舰船舷侧防护液舱对爆炸破片的防御作用研究

舰船舷侧防护液舱的主要作用之一是阻止爆炸破片进入舰船内部,破片穿透液舱的过程中将先后与液舱外板、舱内液体和液舱内板发生相互作用。文章以速度衰减规律分析为基础,考虑了破片在液体中运动时产生的压力对液舱内板抗穿甲效应的影响,结合Wen-Jones模型提出了液舱防护爆炸破片的判据,在此基础上给出了计算算例。文中得到的破片剩余速度公式将为舰船防护液舱的设计提供有价值的参考。

高速破片侵彻防护液舱试验研究

为研究水下接触爆炸产生的高速破片在水中的侵彻特性,针对3.3 g立方体破片进行了水下弹道试验,结果表明:破片的侵彻阻力系数受形状的影响较大,撞击隔板时产生压缩波使破片产生墩粗和侵蚀,造成破片迎流面积的增加和质量的下降,从而使破片在速度较高时侵彻深度反而下降。

复合防护液舱抗爆效能对比试验研究

液舱是舰船多层防护结构体系中的重要功能舱室,战斗部近距离爆炸时,高速破片和冲击波载荷将对防护液舱产生严重的毁伤效应。针对高速破片和冲击波作用下防护液舱的动态响应特性和毁伤模式,提出了复合防护液舱的结构形式。为了对比该液舱相对常规液舱的抗爆效能,开展了战斗部模型近距离爆炸载荷作用下复合液舱和常规结构形式液舱毁伤的模型试验,得到了战斗部模型破片速度、液舱结构的变形、应变、破口尺寸、舱壁压力等参量。通过对比发现,相对于传统液舱结构,复合防护液舱前面板、后面板最大变形分别减少22. 78%和8. 47%,结构应变降低30%,冲击波峰值减弱18. 62%,该新型结构形式明显提高了液舱抗爆防御效果。

战斗部近炸下防护液舱破坏机理分析

为研究大型舰船水下舷侧防护液舱的破坏机理,根据液舱的承载特性,设计制作缩尺战斗部模型和敞口、密闭两种液舱结构模型,开展两种姿态战斗部近炸下高速破片和冲击波对防护液舱的联合毁伤试验。根据试验后液舱模型的破损情况分析液舱前、后板在典型载荷下的破坏机理,总结分析液舱结构整体的破坏模式和破坏机理。结果表明:高速破片是防护液舱结构的主要防御对象,破片开坑和空化阶段是液舱结构变形破坏的主要阶段,破片群侵彻液舱形成的激波载荷和空化效应引起的挤压载荷是使结构产生变形破坏的主要冲击载荷。

隔层设置对防雷舱液舱防护能力的影响

为寻求防雷舱液舱结构设计的新方法,通过对不设置隔层、设置双层板隔层和设置波纹夹芯板隔层的3种防雷舱液舱结构模型在相同冲击载荷作用下的变形和能量变化过程进行对比分析,研究了设置隔层对防雷舱液舱防护能力的影响。研究表明:在不增加液舱整体重量的条件下,在防雷舱液舱中设置隔层能减小液舱后板的变形,使防雷舱液舱能承受更大的冲击载荷,从而提高防雷舱液舱的防护能力,并且波纹夹芯板隔层比双层板隔层的防护效果更好。

爆炸破片对防护液舱的穿透效应

分别对单发破片和双发破片同时穿透液舱的过程进行了数值计算,提出了破片穿透液舱的5个典型过程,分析了破片速度的衰减规律、液舱内板的响应及舱内液体中冲击波压力的叠加效应。结果表明:破片穿透液舱的过程中产生的冲击波和局部压力将作用在液舱内板上,双发破片打击时液体内部产生的冲击波有明显的叠加效应,高压区域的位置与破片间距有关,冲击波压力峰值和液舱内板受到的压力大于2倍的单发破片打击情况。

水下接触爆炸下单层与双层液舱防雷结构防护能力对比研究

为探讨舰船舷侧防雷结构中的液舱设计,采用有限元方法对单层液舱和双层液舱的防雷结构进行水下接触爆炸数值仿真计算。从结构破坏形貌、载荷特性、吸能特性3方面对比了单层液舱、双层液舱防雷结构差异,分析了两种防雷结构的防护机理。结果表明,双层液舱防雷结构比单层液舱防雷结构的防护能力更好,所得成果可为舰船水下舷侧防护结构的工程设计提供参考。

水下接触爆炸下液舱前置型防雷舱的动响应分析

为探讨防雷舱结构设计,采用有限元方法对同一防雷舱结构的典型模式和液舱前置模式进行数值仿真计算,通过对典型模式与实验结果的对比,验证了数值计算方法的有效性。着重分析了液舱前置对防雷舱结构动响应过程、失效模式及防护效能的影响,并分析了其形成机制。从结构破坏过程、载荷特性、吸能特性三个方面对比了两种模式的差异,探讨了两种模式防雷舱结构的防护机理,为舰船水下舷侧防护结构的工程设计提供了参考。

高速破片侵彻防护液舱后的水中运动特性试验研究

为探讨破片高速侵彻液舱后的水中运动特性,采用高速摄影技术对立方体破片的侵彻过程进行弹道试验,比较破片垂直和倾斜侵彻液舱后的运动轨迹以及引起的初始冲击波的压力特性。试验结果表明:破片穿透液舱前板初期,会产生空泡和射流,空泡大小和射流强度与破片入水初速有关,而空泡形状和射流方向则受液舱的倾斜角度影响;破片穿透液舱前板后,在水中的运动轨迹会发生偏转,偏转方向与破片入水初速有关,破片初速较大时,运动轨迹向上偏,反之则向下偏;破片垂直或倾斜侵彻液舱时,入射冲击波压力峰值随破片初速的大均相应提高;相同初速条件下,破片垂直侵彻液舱后在水中引起的入射冲击波峰值压力较倾斜侵彻液舱时要大。

高速破片侵彻下防护液舱后板的载荷特性数值分析

利用LS_DYNA软件,对高速破片侵彻防护液舱过程中液舱后板的载荷特性进行仿真研究,分析液舱后板载荷的空间分布特性及破片的速度和厚度对液舱后板载荷的影响,得到了液舱后板任一点的压力峰值和比冲量的拟合计算公式。研究表明,液舱后板的载荷在板中心(即破片中心在液舱后板上的投影点)最大,随着到中心点的距离增加而呈指数衰减;增加破片的速度或厚度,将使液舱后板任一点的压力峰值和比冲量均增大。

立方体弹高速侵彻防护液舱剩余特性的数值模拟

针对高速破片侵彻液舱后的剩余特性问题,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA开展了数值模拟研究,对比分析破片侵彻垂直和倾斜液舱后速度的衰减规律以及侵彻深度的变化规律,探讨了舰艇中液舱的较优斜置角度。结果表明:液舱壁面倾斜角的存在有利于降低破片入水的瞬时速度;破片入水瞬时速度越大,在水中运动时速度衰减越快;在冲击及空泡阶段,破片侵彻深度迅速增加,且破片入水瞬时速度越大,侵彻深度增加越明显,该阶段侵彻深度仅相当于破片最终静止时侵深的10%左右。根据弹体速度衰减速率及侵彻深度的增加速率,认为倾斜60°的液舱能够达到较好的防护效果。

破片高速侵彻防护液舱剩余特性研究

为探讨破片高速侵彻液舱后的剩余特性,通过弹道试验,并结合有限元分析软件Ansys/Ls-Dyna,比较破片侵彻垂直和倾斜液舱后的瞬时余速和运动轨迹。试验结果表明:破片穿透液舱前板初期,会产生空泡和射流,空泡大小和射流强度与破片入水初速有关,而空泡形状和射流方向则受液舱的倾斜角度影响;破片穿透液舱前板后,在水中的运动轨迹会发生偏转,偏转方向与破片入水初速有关。

船舶破舱稳性计算方法分类分析

船舶破舱稳性计算可根据进水类型分为三种计算方法,分别是增加重量法(有自由液面和没有自由液面)两种及损失浮力法。通过改变进水舱长、进水舱距船体中线面距离、进水舱高度、双层底高度等参数,利用增加重量法计算、比较其对船舶破舱稳性的影响,同时比较自由液面对船舶破舱稳性的影响程度,并通过优化船型、船舶主尺度,提升船员应对破舱进水时处理能力等方面提出改善船舶抗沉性的具体措施。

射弹参数对侵彻防护液舱效果的影响研究

为研究射弹速度、长径比、质量对弹体侵彻能力的影响,利用AUTODYN软件模拟了不同条件下铜质射弹侵彻防护液舱的过程,分析比较了射弹剩余速度和侵彻深度。结果表明:在1 800~2 400 m/s速度区间内,射弹速度越大,对液舱侵彻效果越差;提高射弹长径比可有效增加侵彻效果;射弹质量增加到某一临界值前,也可有效提高侵彻效果。

倾斜式液舱壁防御爆炸破片侵彻机理研究

将爆炸破片对倾斜式液舱壁的侵彻过程等效为破片斜侵彻和斜入水两个阶段,基于理论推导,分析了靶板倾角对破片侵彻耗能的影响,并采用数值模拟方法对平头破片斜入水速度衰减特性进行了研究.结果表明:随着侵彻角度的增大,破片侵彻舱壁的耗能增加,入水速度衰减呈先加快后减慢的趋势,并伴随明显的“偏转”现象.破片的速度衰减主要受到迎流面积和“偏转效应”的影响,高速破片的墩粗变形有抑制“偏转效应”的效果.通过仿真算例证明了研究结果的有效性,并提出了较为合理的倾角范围.

水下接触爆炸作用下舰船防护结构中液舱影响仿真分析

针对舰船防护结构在爆炸作用下的非线性动态响应,采用数值方法对多层板架结构的抗爆进行研究.借助于有限元程序LS-DYNA中的ALE算法,提出多层舱室、多种介质的多耦合面在爆炸载荷作用下的动态响应仿真计算方法,对三层板壳结构在水下接触爆炸荷载作用下的非线性动态响应过程进行数值仿真.分别对三层空舱和两层空舱、一层液舱及改变液舱中水位的情况进行比较,分析了钢板的破口半径及各层板上单元有效应力、压力、位移等动态参数.仿真结果表明液舱的设置可以提高多层板壳结构的抗爆抗冲击性能,并且适当减少液舱中的水,不会影响其抵抗爆炸载荷的能力.

舰船防护结构抗近爆毁伤作用数值模拟

针对舰船防护结构抗近爆毁伤问题,分析了冲击波的传播规律和高速破片的运动规律,得到需要考虑二者耦合作用的爆距和时间判据。构建了防护结构整体模型,采用流固耦合算法并叠加近爆冲击波和预制高速破片,实现二者对防护结构耦合毁伤作用的数值模拟,并与只考虑高速破片时的效果进行了对比。结果表明,在近距离爆炸情况下,必须考虑冲击波和高速破片的耦合毁伤作用;耦合作用对防护结构的毁伤程度更加严重,毁伤机理更加复杂。基于耦合毁伤机理,提出防护结构的改进方法,用于提高其防护能力。

高速弹体侵彻液舱试验研究

为研究高速弹体侵彻液舱过程中的水锤效应和结构毁伤机理,本文开展了高速弹体侵彻液舱试验测试,得到了高速弹体入水产生的冲击波压力的传播和衰减规律,并采用高速相机记录了高速弹体侵彻液舱过程中空泡的演化过程。试验设计了不同厚度的液舱前后靶板,发现水锤效应使得液舱后板变形比前板更严重。此外,后靶板在侵彻过程中的变形会直接影响到反射冲击波压力的传播和衰减,较大的后靶板变形可显著缓解前靶板的变形情况。试验结果对舰船液舱结构的设计优化具有一定的参考价值。

基于新型住宿方舱的弥散供氧对移居高原人员生理学效应的影响

目的研究弥散吸氧对移居高原人员缺氧应激、血氧饱和度以及人体代谢过程的影响,阐明新型供氧方式的抗缺氧作用及其可能的分子机制。方法以移居海拔3540 m高原某地1年以上的10名高原人员为研究对象,以新研发的弥散供氧住宿方舱为实验场所,研究对象在住宿方舱内连续弥散吸氧3 d,2 h/d。采用自身对照研究方法,检测研究对象吸氧前后生理指标、血常规指标及血浆代谢谱的变化。结果(1)研究对象在住宿方舱内弥散吸氧期间,第1天舱内氧浓度为(22.85±0.36)%、第2天为(22.52±0.76)%、第3天为(22.57±1.05)%。(2)研究对象吸氧后血氧饱和度显著提高、脉率明显下降(P<0.01);血压吸氧前后比较差异无统计学意义。(3)研究对象吸氧后共有44种代谢物发生了显著改变(VIP>1,P<0.05)。其中,正离子模式下鉴定出18种,负离子模式下鉴定出26种。发现主要有4条代谢通路发生了明显变化[impact>0.05,-log_(10)(P)>1.3]。结论通过弥散供氧方式吸氧能显著提高机体的心肺供氧能力,有效缓解高原缺氧寒冷环境对人体代谢的影响。