舱室内爆下舰船结构损伤的一种计算方法

为了评估舱室内爆多载荷耦合作用下舰船结构的损伤范围,设计了大尺度舱段模型,并开展了舱室内爆毁伤试验,试验后测量了舱室结构的破坏范围及破坏模式,分析了舱室内爆多载荷耦合作用下舰船结构的损伤机理,据此建立了舱室内爆下舰船结构损伤的计算方法。结果表明:(1)舱室内爆下形成的强冲击波载荷和准静态压力载荷可对舰船结构造成大范围的损伤,形成多种破坏模式;(2)舱室内爆下准静态压力载荷是舱室结构损伤破坏的主要毁伤元;(3)建立的舱室内爆载荷下结构损伤变形计算方法可同时考虑强冲击载荷和准静态压力载荷对结构的损伤破坏,理论计算结果与试验结果吻合较好。

基于多源数据融合和交互式粒子群优化的船舶舱室内装智能色彩设计研究

色彩在增强船舱吸引力、优化乘客体验方面扮演着至关重要的角色.为了准确有效地评估舱室内装色彩设计与乘客情绪感知之间的联系,通过整合环境数据、情感需求分析和用户反馈等多源信息,提出并设计了一种基于沉浸式虚拟现实(Immersive Virtual Reality,IVR)的集成框架.首先,建立一个包含视觉和谐和人体偏好两种测量方法的优化模型,用于评估色彩搭配的美学性能.然后,采用愉悦相关的语言价值赋值方法估计色彩搭配的视觉和谐得分.为了求解该优化模型,采用了一种基于小群体的交互式粒子群优化(Interactive Particle Swarm Optimization,IPSO)算法,通过人工判断来考虑情绪对色彩搭配的偏好.原型系统在游戏引擎环境Unity 3D中开发,以头戴式显示设备HTC Vive实现,提供了交互式和身临其境的用户体验.最后,通过整合多源数据在不同的船舱室内场景中进行用户测试,验证研究框架.测试结果表明,该方法可以在舱室场景中自动调整船舱色彩,使其更加符合乘客的情感需求.

半潜平台功能舱室内检测智能化研究

针对某深水半潜式储油平台凝析油舱内检测所面临的舱室深、清洗难度大、人员进舱坠落风险高和窒息等困难与风险,通过分析舱室内部结构,研究出一种使用系缆无人机+地面供电系统组成的智能检验检测装置,利用在无人机上所搭载的检测设备来完成舱室内部结构建模、防腐锌块尺寸测量、舱壁外检测和壁厚测量任务,从而实现在舱室外的智能化检测。此方案不仅解决了传统作业过程中人员进舱坠落或窒息风险,还提高检测效率约80%,节省检验检测费用约224万元/5 a。

水雾环境下密闭舱室内爆准静态压力特性试验研究

[目的]旨在探究水雾环境下的密闭舱室内爆准静态压力特性。[方法]首先,基于绝热的理想气体舱室内爆准静态压力理论模型,新增2个假设,建立水雾环境下的密闭舱室内爆准静态压力理论模型;然后,以药量为自变量,开展有/无水雾的密闭舱室内爆对照试验,测量准静态压力以验证水雾对准静态压力的削弱效应,并得到准静态压力经验公式。[结果]理论模型和试验数据分析表明:随着药量-体积比的增大,水雾减弱了内爆准静态压力的增强能力,增长率逐渐降低;引入后燃烧修正项的理论公式与经验公式均可用于预估舱内准静态压力峰值。[结论]试验结果验证了水雾对准静态压力的削弱效应,基于理论模型和相关试验数据拟合得到了水雾环境下内爆准静态压力峰值的经验公式。

船舶舱室内装色彩控制方法

基于色彩心理学分析了舱室中色彩的作用,通过对船舶舱室进行实际调研,建立了船舶舱室色彩环境控制框架。将色彩控制技术与具体的设计研究相结合,运用整体控制、分区控制和弹性控制等技术,系统的构建了船舶舱室内装色彩控制方法。以某船的内装色彩再设计为例验证了该方法的有效性和可用性。更加充分的延展色彩的实用价值和审美价值,使船舶舱室色彩设计有序高效的进行,为船舶舱室色彩设计提供新的解决方案。

带泄压孔的舱室内爆冲击波载荷特性

[目的]旨在研究带泄压孔舱室内爆冲击波载荷特性及其在邻舱内的传播规律。[方法]开展双舱室泄爆的数值仿真分析,基于Baker公式分析爆炸当舱压力下降的规律。基于邻舱内压力分布特性,采用最小二乘原理推导邻舱内的初次峰值压力经验公式。[结果]结果显示,在泄爆过程中,泄压孔的增大会改变当舱和邻舱内压力场的初始形态,表现为弱化当舱压力汇聚及叠加作用和强化邻舱压力的传播。在不考虑舱壁结构形变的影响下,冲击波穿过泄压孔后呈现桃形和水母形压力分布,且出现了压力分层及随角度衰减的现象。[结论]研究结果有助于舱室内爆载荷特性研究。

航空油料在舱室内燃爆危害的数值分析

不同舱室结构内航空油料的燃爆参数存在差异,为了解和掌握不同结构舱室内航空油料的燃爆危害性,运用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对不同结构航空油料舱室内的航空油料蒸汽燃爆问题进行了数值模拟。结果表明:密闭航空油料舱中的航空油料蒸汽预混燃爆时,油舱各处压力分布较均匀,无隔板密闭舱室和含不完全分割隔板密闭舱室内航空油料的最大燃爆压力分别为0.76、0.74 MPa,即舱室内的不完全分割隔板对航空油料燃爆时所产生的最大压力无显著影响;隔板等特殊结构的存在使舱室内部产生了气流漩涡,增大了燃料消耗的速率,导致火焰面传播速度及压力上升速率增大,舱室内各处燃料的质量分数由火焰面决定。

火源贴壁情况下顶部开口舱室内烟气温度预测研究

火灾现已成为船舶安全的主要威胁,因此以机舱为代表的顶部开口舱室火灾具有重要研究价值.但前人缺少对火源贴壁情况下舱室内火灾烟气温度的相关研究.本文通过分析火源贴壁情况下舱室内传热过程,构建火源贴壁时顶部开口舱室火灾烟气温度预测模型,并利用数值模拟进行验证.研究表明,贴壁火源与壁面间的热传导对于舱室内温度有明显影响,考虑了火焰与壁面热传导项的舱室温度预测模型能较为准确地预测火源贴壁时舱室内烟气温度,误差基本可以控制在30%内.

船舶典型舱室内细水雾灭火降温性能仿真研究

细水雾灭火系统在船舶消防领域得到广泛应用,但是针对船舶舱室细水雾灭火性能的研究相对有限。为探究细水雾对船舶火灾灭火的有效性,采用FDS软件,针对细水雾在两类典型的船舶舱室(大空间的储存舱室和小空间的起居舱室)发生火灾后的灭火效果进行了仿真模拟研究。分析了粒径、雾化角度和流量系数对灭火降温性能的影响。仿真结果表明,大空间的储存舱室内细水雾灭火性能不佳,不能进行灭火降温;小空间的起居舱室内细水雾灭火降温性能相对良好。揭示了细水雾在起居舱室内的灭火性能随粒径减小而增强、随雾化角度减小而增强、随流量系数增大而增强的演化特性。

狭长型封闭舱室内非定常流动模拟的湍流模型比较

针对狭长型封闭舱室内非定常流动模拟的湍流模型选择问题,以飞机舱室为典型环境,使用相似准则为依据的热缩比法搭建了实验平台。将实验结果与RNG k-ε、DES、LES三种湍流模型的数值模拟结果进行对比和分析,评估狭长型封闭舱室内非定常流动特征研究中合适的湍流模型。结果显示,RNG k-ε和DES模型可以定性描述流动变化趋势,但是LES模型在流场非定常性和不稳定性捕捉更为准确,其流场结构更接近实验结果。模拟结果与实验结果对比显示,LES模型能更加真实地反映狭长型封闭舱室非定常流动的情况。

船舶舱室内部噪声精细化分析

针对船舶舱室噪声精准预报的影响因素进行分析,利用LMS Virtual Lab Acoustics仿真软件中的边界元分析方法,建立不同的房间声学模型,计算分析舱室噪声精准预报的影响因素,在此基础上,得出室内声场声压分布。结果表明,墙壁开孔的面积、位置,有吸声性能的座椅和声屏障的摆放位置对室内声场有较大的影响。实船上某些大型舱室(如驾驶室、会议室等)舱内噪声预报中,通常得到的是舱室内部的平均声压值与实际情况不符,提出的船舶舱室噪声精准预报有效解决了这一问题。

舱室内爆冲击波载荷特性及影响因素分析

战斗部爆炸产生的冲击波载荷是舰船舱室结构的主要载荷之一,舰船舱室内爆炸载荷准确与否是正确计算板架响应的关键。舰船舱室内爆冲击波在舱室内部多次反射,舰船舱室内部形成持续时间较长的准静态压力过程,在此过程中舱室板架承受多次冲击波反射载荷。本文采用实验验证数值程序计算舱室内爆炸冲击波的可靠性,在此基础上采用数值方法研究舱室内爆冲击波壁面反射特性及爆点位置对舱室内爆载荷的影响。计算结果表明舱室内爆各壁面反射冲击波明显,爆点位置仅对爆点附近区域冲击波特性有影响,对远离爆点区域的冲击波特性无明显影响。

饱和冲量及其等效方法在舱室内爆炸中的应用

[目的]对于受到爆炸脉冲载荷冲击作用的船体结构,基于饱和冲量现象的相关研究表明,仅根据最大载荷幅值和脉冲总冲量来设计船体结构是不合理的,需探究工程应用中的饱和冲量现象。[方法]首先,总结饱和冲量概念的提出及研究发展;然后,以舱室内爆炸为典型算例,分析内爆炸载荷的曲线特性及结构响应特征;最后,基于饱和等效方法将复杂的内爆炸载荷等效为矩形脉冲载荷,采用理论及数值方法对等效载荷进行计算。[结果]结果表明:在舱室内爆炸准静态超压情况下普遍存在饱和冲量现象,实际工程应用中爆炸载荷会对结构造成较大的塑性变形,通常超过10倍板厚;而运用基于饱和冲量的等效方法分析,所得结果与数值仿真结果的误差小于10%。[结论]运用此方法可更准确地得出结构塑性动力响应结果,在结构抗冲击设计优化时,还可减少繁琐的复杂非线性数值计算,使设计更高效。

WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律研究

舰船舱室内爆炸载荷主要包含瞬态多峰值冲击波和持续时间较长的准静态超压,为了研究WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律,基于Fortran平台,采用3阶、5阶、7阶WENO有限差分格式,开发了高精度舱室内爆炸载荷三维数值计算程序。采用Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用等经典算例初步考察了各数值格式的计算性能。开展了封闭舱室、泄压舱室内爆炸载荷数值计算,探讨了WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律。研究表明:WENO格式精度对舱室内爆炸冲击波载荷影响较大,对舱室内爆炸准静态超压载荷影响较小。

复杂多舱室内炸药爆炸爆轰产物运动二维数值模拟研究

为了研究复杂多舱室空间内炸药爆炸后爆轰产物运动规律,采用三阶WENO有限差分格式,通过耦合求解两组分可压缩欧拉方程,自主编写了多舱室内炸药爆炸过程二维数值计算程序。利用平面激波绕射矩形台阶上的竖直平板实验与数值模拟纹影图进行了对比,图中不同时刻的波系结构和台阶、竖直平板处绕射形成的漩涡结构均证明了文中程序开发的可靠性和正确性。采用验证的程序开展了复杂多舱室内炸药爆炸过程数值计算,探讨了复杂多舱室内炸药爆炸爆轰产物的传播路径及泄压口泄压对爆轰产物运动规律的影响。研究表明:舱室泄压对复杂多舱室内爆轰产物运动的影响,在爆炸初期较小,在爆炸后期较大;爆炸舱室内部泄压能显著地降低相邻舱室超压载荷强度(40%左右),减弱爆炸对相邻舱室的毁伤效应。本文的研究可为进一步探讨、考虑燃烧效应后爆轰产物扩张过程及爆炸毁伤评估提供一定的参考和指导。

基于伯努利方程舱室内爆炸准静态泄压过程研究

为了研究舱室内炸药爆炸泄压过程参数变化规律,基于伯努利方程推导给出了一种计算泄压过程中准静态压力及速度时间历程的简化计算公式。采用自主开发的程序开展了不同泄压口大小、不同质量炸药下舱室内爆炸泄压数值计算,通过理论与数值计算结果的对比分析了公式中等熵指数的取值及影响因素。研究结果表明,泄压口大小对等熵指数影响很小,而炸药质量对等熵指数影响较大,随着炸药质量增大,等熵指数不断减小并趋于1.0。

多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟

[目的]为了研究多舱室空间内气云爆炸后爆轰产物的运动规律,[方法]采用五阶WENO有限差分格式,通过耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程,自主编写多舱室内气云爆炸过程二维数值计算程序。利用平面激波绕射矩形台阶试验验证本文数值程序的可靠性与正确性。采用验证的程序开展不同爆炸工况气云爆炸过程数值计算,探讨多舱室内爆炸过程中泄压、后燃烧能量加入对爆轰产物运动过程的影响规律。[结果]结果表明:增大泄压口尺寸,可加剧爆轰产物泄出过程;增大反应速率常数,可加速爆轰产物向相邻舱室的扩张过程。[结论]研究成果可为进一步考虑多组分复杂燃烧效应后爆轰产物扩张过程及毁伤评估提供一定的参考和指导。

舱室内爆载荷作用下夹层板优化设计研究

舱室内战斗部爆炸产生的冲击波是舱室结构板架承受的主要载荷之一,舱室内爆冲击波在舱室内部将发生多次反射,并在舱室内部形成持续时间较长的准静态压力,在此过程中舱室板架承受多次冲击波反射载荷。本文以舱室典型加筋板为对象进行夹层板概念设计,选取面板厚度、背板厚度、夹芯壁厚及夹芯间距4个参数作为试验参数,以抗爆综合评价指标最小为目标,采用正交试验优化设计方法得到该加筋板结构在舱室内爆冲击波载荷作用下最优抗爆性能的夹层板结构,并对比最优夹层板与普通加筋板在舱室内爆载荷作用下的响应特征。研究表明,经过优化设计后的夹层板具有更好抵抗冲击波载荷的能力,正交试验设计能较好适用于夹层板结构优化设计。

模拟舱室内部气云爆炸载荷的不同精度WENO格式比较

为了研究加权本质无振荡(WENO)格式精度对舱室内部气云爆炸载荷的影响规律,基于FORTRAN平台,采用三、五、七、九阶WENO格式,开发了高精度舱室内部气云爆炸三维数值计算程序。选用Sod激波管、激波与熵波相互作用两个经典算例验证了程序编写的可靠性,并初步考察了不同精度WENO格式的计算性能。采用已验证的程序开展了封闭舱室和泄压舱室内部球体气云爆炸的数值模拟,并探讨了WENO格式精度对爆炸载荷的影响规律。研究表明:舱室内部气云爆炸载荷主要包含瞬态冲击波和持续时间较长的准静态超压;WENO格式精度对冲击波载荷影响较大,高阶格式给出更陡峭的峰值,而对形成的准静态超压影响较小。

舱室内爆中泄爆孔对结构响应的影响分析

通过数值仿真评估舱室内爆对封闭舱室的毁伤效果，发现封闭舱室内冲击波压力峰值和正压作用时间较自由场均大幅增加，同时冲击波对舱室角隅结构的毁伤效果严重。分析在上建舱室内爆中泄爆孔对舱室结构响应的影响并对比不同位置和尺寸泄爆孔中心处的冲击波压力峰值。结果表明，泄爆孔影响舱室内爆冲击波的传播，泄爆作用范围和泄爆系数与其特征长度近似呈线性关系，且在一定药量范围内对舱室角隅具有防护作用。合理设置泄爆孔的数量和位置可得到较为理想的泄爆效果，实现保护重要舱室的目的。