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兵工学报 2023年第12期44卷 3562-3579页

作者：成乐乐黄风雷武海军田思晨陈文戈北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 中航航空电子有限公司北京100086

为探究近水面条件下,水下爆炸载荷强度及爆炸距离等因素对多舱室结构损伤特性的影响,开展多舱室结构的水下爆炸试验,结合S-ALE结构化瞬态流固耦合的数值模拟方法,对近水面爆炸时流场压力载荷的传递分布、结构的动态响应和损伤特性进行... 详细信息

为探究近水面条件下,水下爆炸载荷强度及爆炸距离等因素对多舱室结构损伤特性的影响,开展多舱室结构的水下爆炸试验,结合S-ALE结构化瞬态流固耦合的数值模拟方法,对近水面爆炸时流场压力载荷的传递分布、结构的动态响应和损伤特性进行分析。基于不同爆炸强度、距离的多工况数值模拟,阐明水下爆炸载荷对多舱室结构的损伤机理,获得爆距变化时冲击波以及气泡载荷冲击做功的比例关系,总结了多舱室结构在爆炸载荷作用下的动态响应特征以及毁伤模式。研究结果表明:多舱室结构会产生剪切破口、撕裂、凹陷塑性变形、压溃屈曲等耦合损伤形式,结构损伤的不连续性和非线性变形引起爆炸气泡的不对称膨胀运动,导致舱室内压力分布呈现冲击波特征和准静态特征;冲击波和气泡载荷共同引起多舱室结构的局部损伤和整体响应,气泡载荷引起的结构动能增长幅度约50%以上。

关键词：水下爆炸多舱室结构动力响应损伤模式数值模拟

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基于仿真与量纲分析的不同药量TNT内爆下多舱室结构毁伤规律研究

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爆炸与冲击 2020年第8期40卷 121-130页

作者：焦晓龙赵鹏铎姚养无张磊李旭东池海海军研究院北京100161 中北大学机电工程学院山西太原030051

利用流固耦合算法,模拟了不同药量TNT内爆下大尺寸多舱室结构的毁伤效应。将各舱室划分为爆炸舱、共面邻舱、共边界邻舱和共点邻舱,再划分内爆下多舱室结构的毁伤等级。通过量纲分析,研究了内爆载荷下舱壁的变形失效规律,推导了内爆下... 详细信息

利用流固耦合算法,模拟了不同药量TNT内爆下大尺寸多舱室结构的毁伤效应。将各舱室划分为爆炸舱、共面邻舱、共边界邻舱和共点邻舱,再划分内爆下多舱室结构的毁伤等级。通过量纲分析,研究了内爆载荷下舱壁的变形失效规律,推导了内爆下多舱室结构的无量纲毁伤数,该毁伤数考虑了内爆载荷、材料性能和作用空间等因素,最后给出快速毁伤预测方法。研究结果表明:(1)内爆下多舱室结构的毁伤特点主要表现为舱壁挠曲变形、舱壁中心冲切失效、舱壁边界撕裂;(2)舱壁挠曲变形的挠厚比δ/H和固定边界撕裂的裂缝长厚比l/H均与药量-单舱室容积比m/V有明显线性关系;(3)提出的无量纲毁伤数和快速预测方法能够反映内爆下多舱室结构的毁伤情况,可为舰船毁伤研究提供参考。

关键词：舱内爆炸多舱室结构毁伤等级无量纲毁伤数快速毁伤预测

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多舱室结构内爆载荷下毁伤效果评估方法研究

多舱室结构内爆载荷下毁伤效果评估方法研究

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作者：焦晓龙中北大学

学位级别：硕士

随着反舰武器的快速发展,其威力和命中率得到极大提高,对舰艇安全的威胁越发受到高度关注。而半穿甲型反舰武器通过在舰艇内部爆炸,使爆炸能量高效充分地作用舰艇结构,对舰艇自身结构的抗爆抗冲击性能提出来了更高的要求。特别是反舰导... 详细信息

随着反舰武器的快速发展,其威力和命中率得到极大提高,对舰艇安全的威胁越发受到高度关注。而半穿甲型反舰武器通过在舰艇内部爆炸,使爆炸能量高效充分地作用舰艇结构,对舰艇自身结构的抗爆抗冲击性能提出来了更高的要求。特别是反舰导弹,其对舰体的毁伤程度非常严重,破坏范围包括多层舰体结构,甚至整个舱段。因此,对舰艇结构在内爆载荷下毁伤效果的评估方法进行研究具有重要现实意义。本文从内爆载荷对多舱室结构的毁伤规律入手,通过分析内爆载荷在舱内的分布规律,提出了结构毁伤效果的评估方法。本文针对裸装球形TNT在结构中心爆炸对典型多舱室结构的毁伤效应进行研究,主要研究内容与结论如下:1.首先对数值计算方法的可靠性进行了研究。应用动态非线性显式有限元计算软件AUTODYN中的多物质流固耦合算法,对已有典型单舱室内爆实验进行模拟计算,讨论了不同网格尺寸对计算精度的影响,并给出了利用AUTODYN中的多物质流固耦合算法计算舱内爆炸时,合理选择网格尺寸的方法。2.将各舱室划分为:爆炸舱、共面邻舱、共边界邻舱及共点邻舱,基于大量数值模拟计算结果,讨论了不同药量TNT内爆下多舱室结构毁伤规律,并按照毁伤规律对舱壁进行分类,总结整理出内爆下典型多舱室结构毁伤等级。3.讨论了不同TNT药量对内爆下典型多舱室结构毁伤效果的影响规律,发现舱壁挠度-厚度比δ/H的值,以及撕裂裂缝长度-厚度比l/H的值均与药量-单舱室容积比m/V的值存在较好的线性关系。从舱壁失效准则和内爆下多舱室结构毁伤规律入手,通过量纲分析得到典型多舱室结构内爆下毁伤效应的无量纲数B,该数考虑了内爆载荷、材料性能及作用空间等因素。4.基于本文推导的无量纲数,给出了内爆下典型多舱室结构毁伤等级的预测曲线,以及对应公式,并提出了内爆下典型多舱室结构毁伤等级的快速预测方法,通过文献实验结果进行了检验,讨论了该方法的准确性。5.模拟了3种结构尺寸的典型多舱室结构内爆下的毁伤效应,通过分析各舱室内壁的载荷分布规律,以及结构尺寸的影响特性。发现以下特性:对于典型舱室结构,爆炸舱内面积最小的舱壁除边界附近外的大部分区域受到近似均布载荷作用;长度最长的边界,其中心处压力载荷强度最高。共面邻舱内,部分舱壁边界处的压力峰值低于壁面,角隅处压力峰值低于边界中心。本文的研究结论可为以典型多舱室结构为基础的大型结构内爆下的毁伤评估技术提供依据。

关键词：多舱室结构舱内爆炸毁伤等级毁伤评估预测载荷分布

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