基于声固耦合法的环肋壳水下冲击数值仿真试验

环肋壳是潜艇耐压壳的常见结构形式之一,水下冲击响应分析对潜艇抗水下爆炸设计具有重要意义。利用声固耦合法对由环肋圆筒和2个半球组成的小型潜艇耐压壳简化模型进行水下冲击数值仿真试验,分析环肋壳在水下爆炸载荷作用下的瞬态动力响应。结果表明:该方法在流固耦合面上会形成局部空化,中截面上迎爆面的塑性应变小于背爆源,可为潜艇耐压壳的优化设计提供参考。

基于声固耦合法的拱坝-库水-地基相互作用分析

为了研究拱坝库底吸收边界对坝面动水压力分布及坝体动力响应的影响,本文基于声固耦合法结合阻抗边界条件对库水表面重力波、库底吸收边界、坝体-库水交界面和库尾辐射边界进行模拟。建立了大岗山拱坝-库水-地基系统有限元模型,通过计算地震条件下不同库底反射系数的坝面动水压力及坝体动力响应,算例验证了提出模型的准确性。结果表明:库底反射系数越大,动水压力幅值越大,并且越靠近库底这种影响越明显。变库底反射系数和单一库底反射系数条件下的坝面动水压力分布及坝体动力响应相差较大,因此工程中在考虑库底吸收边界时可适当考虑变库底反射系数条件下的坝体动力响应。

基于声固耦合法的双体船水下近场噪声特性研究

基于声固耦合法,建立双球壳结构及双体船结构水下噪声数值预报模型,对双球壳结构及双体船结构在单侧及双侧潜体受激下的水下近场噪声特性进行分析。研究表明,潜体结构会对双体船水下近场噪声特性产生较大影响,在特定的潜体间距、声波频率之下,潜体之间区域会出现噪声亮点,从而使双体船水下近场噪声特性异于单体船舶。

充液容器流固耦合模态仿真分析研究

主要介绍目前容器类流固耦合模态分析最常用的两种计算方法:声固耦合法及虚拟质量法。从理论上分别对这两种方法进行分析,并指出它们之间的联系与区别:虚拟质量法采用了声固耦合法在不可压缩流体情况下的形式,并有所改进,即流体的作用完全由虚拟质量阵来体现,而流体的虚拟质量阵则通过具有解析解性质的边界元法获得。最后,通过开口方槽干状态、湿状态的无阻尼模态仿真分析研究,揭示出流体对结构模态特性影响的变化规律,同时指出了两种方法(虚拟质量法、声固耦合法)对结构湿模态计算结果有规律性的差异:随着振动频率的升高,不仅容器内流体对结构模态特性的影响在减小,分析湿模态的两种方法所得到的计算结果之间的差别也在逐渐减小。

负泊松比内凹蜂窝圆柱壳水下抗冲击响应研究

基于Abaqus声固耦合法对水下爆炸工况下,负泊松比内凹蜂窝圆柱壳的抗冲击性能进行研究。主要分析双层圆柱壳外壳、内壳和肋板的最大变形、等效塑性应变、动能和内能结果,讨论了不同肋板间距工况对双层圆柱壳抗冲击响应的影响。结果表明,在肋板总重一定条件下,增大肋板间距、增大肋板宽度、减少肋板数量,外壳最大变形、等效塑性应变、动能、内能呈增大趋势;内壳和肋板最大变形、等效塑性应变、动能、内能呈减小趋势。

水面舰船结构在水下近场爆炸作用下冲击响应研究

水面舰船结构爆炸毁伤是舰船生命力研究的重要内容,也是分析舰载设备及人员毁伤的基础。为提高对舰艇等目标的打击能力,各国大力发展精确制导技术。目前精确制导引信使鱼雷能贴近船体表面接触爆炸,对舰船的船体结构造成严重毁伤。由于兵器水下近场爆炸毁伤复杂性,使之成为国内外研究的热点。采用水中近场爆炸毁伤模型,利用自编程序和商业程序相结合的方法,将冲击波和气泡射流的联合载荷加载到近场结构上进行仿真计算;对舰船结构在水下近场爆炸作用下毁伤特性进行试验研究。仿真计算结果与试验结果吻合较好。

兵器近场水下爆炸对目标的毁伤特性研究

近场水下爆炸气泡在壁面Bjerknes力和浮力的共同作用下产生朝向结构的高速射流。此时,气泡脉动由于受物面影响,其作用并不明显,所以近场兵器爆炸产生载荷主要为冲击波和气泡射流载荷。文中将气泡射流形状等效为水柱射流,基于水锤理论得到气泡射流载荷。同时采用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,采用声固耦合原理计算舰船结构的响应,得到了兵器近场水下爆炸对目标的毁伤特性。

金属蜂窝夹层结构抗水下爆炸特性

金属蜂窝夹层结构是一种新型的舰船防护结构,在舰船防护领域具有广阔的应用前景,但目前缺乏对其在实际水下爆炸载荷作用下动态响应的研究。为研究金属蜂窝夹层结构在水下爆炸载荷作用下的动态响应及防护性能,设计并制备了背板加筋蜂窝夹层结构样件以及相应的浮箱,在大型露天水池中进行了水下实爆实验;通过声固耦合算法对结构响应进行模拟,实验结果与模拟结果吻合良好,随后分析了蜂窝夹层板的变形过程及能量吸收特性,量化了载荷参数(冲击因子)及结构参数(前后面板厚度比和芯体相对密度)对结构动态响应的影响;最后,以蜂窝夹层板的面密度和后面板中心点最大变形的无量纲量为目标函数,使用NSGA-Ⅱ遗传算法对结构进行了多目标优化,得到对应的Pareto前沿。结果表明,随着冲击因子的增大,蜂窝夹层板整体变形显著增大,蜂窝芯体始终是主要的吸能构件,但其吸能占比逐渐降低;随着前后面板厚度比或芯体相对密度的增加,蜂窝夹层结构的最大变形呈现先降低后升高的趋势,同时呈现不同的变形模式,芯体相对密度对结构变形的影响更为显著;对蜂窝夹层结构开展多目标优化可有效降低结构的面密度及最大变形,优化结果可为蜂窝夹层结构的设计选型提供参考。

箱形梁结构船体水下非接触爆炸冲击环境分析

为研究箱形梁结构船体在水下非接触爆炸作用下的冲击环境,在船体中部范围内主要受力部位设置箱形梁,并与考虑箱形梁产生的质量变化而建立的等重船模进行对比,来描述箱形梁结构对冲击环境的影响.基于Abaqus中的声固耦合算法求解2种形式船体的冲击响应,以冲击谱为工具描述船体结构的冲击环境,并给出舱内甲板层的冲击环境分布.分析归纳箱形梁的作用机理,为相关舰船设备的舾装与船体优化设计提供参考.

库水位变动条件下宝珠寺重力坝的动力响应研究

地震作用下库水的动力作用一直以来都是重力坝抗震设计中不可忽视的重大问题。当地震发生时,重力坝-地基-库水系统在地震作用下相互作用,库水在库区地基与重力坝体的带动下发生振动,在迎水坝面产生动水压力;库水位会随季节变化,而地震却是随机发生的,因此,研究重力坝在不同库水位下的动力响应及坝体的抗震安全是很有必要的。基于声固耦合法,以声学流体单元模拟库水,对宝珠寺重力坝的3个典型断面进行了库水位变动条件下的动力响应分析。研究发现,当库水位由低水位逐渐升高时,坝体坝踵位置应力随之增大,而中上部折坡处的应力随之减小;不同库水位对坝面动水压力均有显著影响,而动水压力幅值并非随库水位升高而一直变大,当库水位超过满库水位的85%后,动水压力极值反而会变小;在强震作用下,混凝土受拉损伤区首先在坝踵以及中上部折坡处出现,随后在坝踵位置损伤区向中下部折坡延伸,在中上部折坡位置处的塑性区沿水平方向发育,最后在中上部折坡形成水平贯通损伤区,坝踵与中下部折坡形成斜向贯通损伤区;受拉损伤区面积随库水位的升高而增大,且在坝体截面薄弱处更容易形成损伤区。

基于谱跌现象的舰船设计谱影响因素分析

目前舰船设备的设计谱谱值主要参照国外的军用标准,由于缺乏对标准制定原理的足够认识,导致设备的设计谱值未能与我国现阶段的抗冲击要求一致。针对现行的设计谱方法,首先通过多自由度系统的理论计算,并结合机械阻抗法介绍了设计谱中的谱跌现象;然后将简化设备安装于实际的舰船结构上,运用声固耦合法计算其水下爆炸下的冲击环境。通过实验得到在其他参数不变的情况下,设备的设计谱速度与质量、安装频率成反相关性,与理论推导规律一致,设计谱的确定必须充分考虑设备安装位置与设备自身特性的影响。