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半穿甲战斗部穿孔尺度对舰船舱室内爆效应的影响

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高压物理学报 2018年第6期32卷 154-160页

作者：苗润王伟力吴世永曾亮刘宏杰海军航空大学岸防兵学院山东烟台264001 海军工程大学兵器工程学院湖北武汉432032 海军航空大学基础学院山东烟台264001

研究了半穿甲战斗部所造成的舱壁破孔结构对小型舰船舱室内爆效应的影响,采用LS-DYNA有限元软件对小型舰船舱室的内爆试验进行数值模拟分析,采用合理的材料本构关系与状态方程以及材料和结构连接处的失效准则,通过与等比例试验中舱内冲... 详细信息

研究了半穿甲战斗部所造成的舱壁破孔结构对小型舰船舱室内爆效应的影响,采用LS-DYNA有限元软件对小型舰船舱室的内爆试验进行数值模拟分析,采用合理的材料本构关系与状态方程以及材料和结构连接处的失效准则,通过与等比例试验中舱内冲击波超压峰值进行对比,验证了模型的有效性。通过建立不同尺寸弹孔,分析弹孔尺寸对舱室内爆效应的影响。结果表明:破孔结构导致舱室内爆时冲击波超压峰值下降,冲击波超压峰值的出现时间延后;当弹孔直径小于舱壁长度的1/10时,导弹穿孔对舱室内爆效应所造成的影响可忽略。

关键词：舱室内爆半穿甲战斗部破孔结构

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舱室内爆冲击波载荷特性及影响因素分析

舰船科学技术 2016年第2期38卷 43-48页

作者：陈攀刘志忠中国舰船研究设计中心湖北武汉430064

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... 详细信息

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。

关键词：舱室内爆初始冲击波反射冲击波爆点位置

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舱室内爆载荷作用下夹层板优化设计研究

舰船科学技术 2016年第11期38卷 14-20页

作者：陈攀刘志忠中国舰船研究设计中心船舶振动噪声重点试验室湖北武汉430064

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... 详细信息

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。

关键词：舱室内爆夹层板优化设计抗爆性能

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舱室内爆角隅处冲击波汇聚效应研究

火力与指挥控制 2022年第11期47卷 126-132页

作者：陈青华姜月秋艾宁梁振刚王树山沈阳理工大学装备工程学院沈阳110159 中国船舶工业集团公司系统工程研究院北京100036 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为了揭示舱室结构尺寸对内爆炸角隅处冲击波载荷汇聚效应的影响规律,对典型的舰船模拟舱室开展内爆炸实验研究,利用实验数据校准数值仿真模型,继而设计了12种不同舱室结构尺寸的数值模型进行内爆炸仿真研究。当边长比为1时,角隅结构对... 详细信息

为了揭示舱室结构尺寸对内爆炸角隅处冲击波载荷汇聚效应的影响规律,对典型的舰船模拟舱室开展内爆炸实验研究,利用实验数据校准数值仿真模型,继而设计了12种不同舱室结构尺寸的数值模型进行内爆炸仿真研究。当边长比为1时,角隅结构对冲击波的汇聚作用最强;随着舱室结构尺寸比例的增大,三面角隅处的汇聚系数下降;双面角隅处汇聚系数先下降后上升,边长比为2时取得最小值;双面角隅处高压区域的范围从集中在角隅处到趋向于集中到短壁面一侧。研究成果对舰船舱室抗爆设计及内爆炸毁伤评估具有一定的应用参考价值。

关键词：舱室内爆结构尺寸高压区域汇聚系数

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舱室内爆中泄爆孔对结构响应的影响分析

船海工程 2016年第A1期45卷 40-45页

作者：刘杨王伟陈京普赵璐中国船舶科学研究中心上海分部上海200011 哈尔滨工程大学哈尔滨150001

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... 详细信息

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。

关键词：数值仿真舱室内爆泄爆孔特征长度泄爆系数

舱室内爆多毁伤元载荷联合作用高效数值仿真方法

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中国舰船研究 2024年

作者：吴振豪陈长海程远胜华中科技大学船舶与海洋工程学院船舶和海洋水动力湖北省重点实验室

[目的]旨在解决舱室内爆多毁伤元载荷联合作用仿真计算问题并兼顾计算精度和效率，提出新的接触-耦合重启动（接触重启法）和载荷等效加载（等效加载法）这两种高效数值仿真方法。[方法]接触重启法刚开始不启用破片与结构的接触设置，... 详细信息

[目的]旨在解决舱室内爆多毁伤元载荷联合作用仿真计算问题并兼顾计算精度和效率，提出新的接触-耦合重启动（接触重启法）和载荷等效加载（等效加载法）这两种高效数值仿真方法。[方法]接触重启法刚开始不启用破片与结构的接触设置，待破片快侵彻结构时启动；等效加载法简化考虑炸药爆轰的流固耦合过程，提取结构反射压力进行载荷的简化加载；考虑裸药内爆和炸药端部贴预制破片空爆这两种情情况，验证所提两种高效仿真方法的合理性和准确性。与常规的全时域接触-耦合仿真方法（全时域法）进行对比，讨论所提方法对舱室内爆多毁伤元载荷联合作用仿真的可行性和优越性。[结果]结果表明：相较于全时域法，在对近距爆炸多毁伤元联合作用的仿真计算中，接触重启法不仅能保证计算精度，还可提升计算效率；等效加载法能避免远距爆炸或大尺寸舱室内爆多毁伤元载荷联合作用下网格尺寸不匹配和网格数量过多等问题，极大地节省了计算资源，并兼顾了计算精度。[结论]研究可为大尺寸舱室内爆多毁伤元载荷联合作用数值仿真提供合理可行的方法。

关键词：舰船结构舱室内爆多毁伤元爆炸力学数值仿真

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带泄压孔的舱室内爆冲击波载荷特性

中国舰船研究 2023年第3期18卷 155-162页

作者：王志平徐双喜陈威乐京霞柴威李晓彬武汉理工大学理学院湖北武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063

[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。... 详细信息

[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。

关键词：舱室内爆冲击波泄爆载荷分布

舱室内爆作用下结构毁伤特性及冲击响应规律研究

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舱室内爆作用下结构毁伤特性及冲击响应规律研究

作者：林鑫哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

近年来,随着反舰导弹技术的飞速发展,导弹的射程与威力得到显著地提升,对海上航行的大型水面舰艇产生了巨大的威胁。导弹穿过甲板进入舱室发生内爆时,会产生高压冲击波、反射波与准静态压力等载荷,严重威胁舰船的生命力。本文主要研究... 详细信息

近年来,随着反舰导弹技术的飞速发展,导弹的射程与威力得到显著地提升,对海上航行的大型水面舰艇产生了巨大的威胁。导弹穿过甲板进入舱室发生内爆时,会产生高压冲击波、反射波与准静态压力等载荷,严重威胁舰船的生命力。本文主要研究舱室内爆作用下结构毁伤特性与冲击响应传播规律,为舰船的防护设计提供参考。首先,了解空中爆炸冲击波的基本理论,如冲击波在空气中的基本传播规律及在壁面反射规律等,并对自由场空爆冲击波超压经验公式与准静态压力经验公式进行归纳与总结。然后对ALE方法的基本理论进行研究,包括控制方程与计算步骤等。最后利用LS-dyna软件中的ALE方法对自由场空中爆炸、密闭舱室内爆与平板近距空爆过程进行数值模拟,将计算结果与经验公式和试验结果对比,验证ALE方法在处理舱内爆炸问题方面的可靠性。其次,研究舱室内爆过程中,冲击波在舱内的传播规律,并对准静态压力的影响因素进行分析。首先对国外爆炸试验过程进行模拟,并将数值计算结果与试验结果比对,验证ALE方法可以准确的模拟出舱内冲击波复杂的反射过程。然后建立不同尺寸的舱室模型,分析不同长宽比下双面与三面角隅对冲击波汇聚的效果。最后对准静态压力超压峰值的影响因素进行分析,包括泄压孔面积、爆点与泄压孔相对位置以及后燃烧现象。再次,建立两种不同结构型式的舱段结构有限元模型,研究框架结构的存在对舱段防护性能的影响。首先对舱段内爆过程进行模拟,爆点选取船中与舷侧两种典型位置。然后对不同位置爆炸下舱段结构的毁伤情况与舱内冲击环境进行分析,毁伤情况包括甲板、舱壁以及框架等主要结构的毁伤模式,最终产生的塑性区域与破口面积等,冲击环境主要包括冲击加速度与谱加速度值。最后综合两类工况下舱段最终的毁伤效果,对两种型式舱段的防护能力进行评估,为舰船防护设计提供参考。最后,建立整船模型,以常规导弹战斗部的装药量作为参考,TNT炸药质量选定在50kg-300kg之间,对整船内爆过程进行模拟。总结甲板结构冲击加速度的分布规律,利用计算所得结果拟合出快速计算甲板加速度峰值的公式,并对公式有效性进行验证。同时发现整船内爆过程中存在“纸窗效应”,即能量沿着舱室板架结构向远处传递存在一个极限值,当达到极限值时,远处结构的冲击环境不随药量增加而发生明显变化。

关键词：舱室内爆冲击波反射准静态压力结构毁伤冲击响应冲击环境

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舱室内爆下战斗部威力场模型及毁伤评估研究

舱室内爆下战斗部威力场模型及毁伤评估研究

作者：李旭沈阳理工大学

学位级别：硕士

半穿甲战斗部通过穿透侧舷进入舱室后爆炸,产生冲击波、破片和准静态压力等载荷,内爆载荷分别以不同的作用方式给舰船舱室带来严重破坏。本文采用数值模拟的方式,对半穿甲爆破战斗部在舱室内爆炸所形成载荷的威力场进行分析,并根据对目... 详细信息

半穿甲战斗部通过穿透侧舷进入舱室后爆炸,产生冲击波、破片和准静态压力等载荷,内爆载荷分别以不同的作用方式给舰船舱室带来严重破坏。本文采用数值模拟的方式,对半穿甲爆破战斗部在舱室内爆炸所形成载荷的威力场进行分析,并根据对目标的毁伤效果进行毁伤评估,研究结果为提升舰船防护能力、增强战斗部威力提供一定参考。通过ANSYS/LS-DYNA软件对炸药在舱内爆炸产生的冲击波威力场进行了仿真,得出舱室受冲击波作用后位移变形最大的为上、下舱壁中心位置,相对炸药装量,炸药位置对舱室内冲击波压力和舱壁变形影响差别不明显。根据冲击波毁伤判据和仿真结果,得出冲击波超压峰值大于人员伤亡的临界值和设备破坏的阈值,可对舱内人员、设备造成毁伤。通过AUTODYN软件对弹体破碎形成自然破片过程进行了数值模拟计算,并对破片群的质量分布与速度分布进行分析,最终将仿真结果与Mott公式进行对比验证。结果表明,随着破片质量的增加,破片的数量呈减小趋势。根据破片的速度分布结果,圆柱部平均速度要高于弹头部和弹底部。总体破片的平均速度仿真结果为1041.87m/s,Gurney公式计算结果为935.64m/s,两者误差为11.3%。通过炸药驱动预制破片的方式来仿真研究破片和冲击波联合作用于目标,利用ANSYS/LS-DYNA软件对舱室及舱内人员、设备的毁伤效果进行了研究。随着炸药与舱壁距离的增加,破片群的作用范围扩大,有效作用靶板的破片数量减少,舱壁受破片冲击波联合作用后的弯曲变形程度逐渐减小。通过等效靶板的方法对舱内的作战人员和设备进行毁伤研究,对人员的毁伤用25mm厚红松木靶等效,对设备用LY-12硬铝合金靶进行等效。根据动能准则和破片毁伤判据,破片穿靶前初速度700～1350m/s之间,相应动能为1923.25～7153.31J,因此可对舱壁以及舱内的人员、电器设备造成有效伤害。破片穿透舱壁后的剩余动能依然可有效毁伤邻舱内的人员和设备,从而给舰船带来更严重的破坏。

关键词：舱室内爆数值模拟威力场毁伤评估破片冲击波联合作用