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基于网格化半穿甲弹舱室内爆毁伤概率计算方法

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舰船科学技术 2022年第4期44卷 6-9页

作者：陈青华姜月秋艾宁高瑜欣梁振刚王树山沈阳理工大学辽宁沈阳110159 中国船舶集团有限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

对典型舱室内人员和设备所在平面进行离散化处理,通过对舱室内爆下毁伤元的分布规律进行分析,结合人员和设备的毁伤准则,对单元网格的毁伤概率进行加权统计计算舱室的毁伤概率。编写计算程序并进行实例计算,结果表明,毁伤概率随着落角... 详细信息

对典型舱室内人员和设备所在平面进行离散化处理,通过对舱室内爆下毁伤元的分布规律进行分析,结合人员和设备的毁伤准则,对单元网格的毁伤概率进行加权统计计算舱室的毁伤概率。编写计算程序并进行实例计算,结果表明,毁伤概率随着落角的增大呈指数形式减小,随炸点距舱室地面高度的增加呈先增大后减小的趋势。验证了提出的毁伤概率计算方法的有效性和合理性,有助于得出半穿甲炮弹对目标的最佳攻击条件,充分发挥弹药性能,也可为作战计划的制定提供技术支撑。

关键词：半穿甲弹舱室内爆毁伤概率

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舰船舱室内爆毁伤模式及力学判据研究

舰船舱室内爆毁伤模式及力学判据研究

作者：洪峰哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着反舰导弹武器穿甲效能及导航系统的发展,舰船的功能舱室成为精准打击目标。然而我国对于反舰导弹毁伤效能的考核没有统一标准,缺乏与舰船的目标特性相结合的系统研究。反舰导弹在舱室内爆作用下这些基本的船用构件会在爆炸超压及准... 详细信息

随着反舰导弹武器穿甲效能及导航系统的发展,舰船的功能舱室成为精准打击目标。然而我国对于反舰导弹毁伤效能的考核没有统一标准,缺乏与舰船的目标特性相结合的系统研究。反舰导弹在舱室内爆作用下这些基本的船用构件会在爆炸超压及准静压作用下产生很大的塑性裂纹区,甚至出现局部断裂形成破口,进而失去船体强度的承载能力,尽管舱室内爆研究历史较长,但其毁伤机理仍未透彻。因此,研究舰船结构在内爆载荷作用下的毁伤模式及力学判据对毁伤评估与防护结构设计具有非常重要的意义。舰船结构在内爆载荷作用下的动态响应是复杂的非线性问题,且不同舱室结构及加筋布置也有差异,对如此复杂模型进行精确的理论求解极其困难。本文首先根据舱室破坏模式与板架结构破坏模式、边界条件、所处位置提出舱内爆的9种毁伤模式。通过大型舱段内爆试验并参考了国内外的相关内爆毁伤试验对可能出现的毁伤模式进行了分析。内爆试验工况较少,需通过数值仿真对典型毁伤模型进行研究分析,因此本文根据大型舱段模型试验对数值仿真的准确性进行验证以确保后续数值工况的可靠性。验证参数以典型工况的测点加速度信号及最终的毁伤破口为比对依据,对数值仿真的实现方法进行修正。本文重点针对小舱室在内爆载荷下小变形毁伤模式及大破口毁伤模式进行力学分析及其判据研究。舱室内爆的毁伤模式以船体板架结构为分析对象,简化为等效梁单元结构。对小变形毁伤模式及大破口毁伤模式进行塑性动力学分析,能得到对应的细化毁伤模式。通过ALE数值方法对其判据条件及预示公式的准确性进一步验证。最后通过相关的舱室内爆试验对本文方法的判据条件及预示条件的准确性进行验证。大通道层间高一般能达到2到3层典型小舱室的高度,板架结构尺寸大,泄压面积足够大时受冲击板架壁压载荷可以忽略后续准静压载荷且比例距离较大属于近场爆炸或接触爆炸范畴,因此爆炸冲击波传播过程是以球辐面传播。本文针对大通道内的爆炸环境提出响应假设条件,基于塑性动力学对典型船体板架结构的判据条件进行分析,并提出相应的破口预示公式,通过数值方法对待试梁结构在爆炸冲击载荷下的结构冲击响应进行分析,包括冲击梁中心挠度,临界冲击角,材料断裂应变以及塑性区范围,在满足一定精度条件下,以验证理论预报的准确性。基于船体力学模型,以等效梁的结构形式为基础设计了相关的结构断裂应变测量装置,并以板架结构的挠度冲击响应为衡量标准,提出了船体高强度用钢与普通钢的等效方法。

关键词：舱室内爆毁伤模式力学判据

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饱和冲量及其等效方法在舱室内爆炸中的应用

中国舰船研究 2021年第2期16卷 99-107页

作者：朱凌田岚仁李德聪王佳月张霄武汉理工大学交通学院湖北武汉430063 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064

[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... 详细信息

[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。

关键词：饱和冲量饱和挠度舱室内爆塑性动力响应饱和等效法

WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律研究

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舰船科学技术 2018年第1期40卷 9-16页

作者：徐维铮吴卫国武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学交通学院船舶海洋与结构工程系湖北武汉430063

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... 详细信息

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。

关键词：舱室内爆 WENO格式数值计算爆炸冲击波准静态超压

典型舱室在战斗部内爆下的载荷及毁伤特性试验研究

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中国舰船研究 2023年第6期18卷 167-176页

作者：黄涛陈威彭帅施锐柴威李晓彬武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 中国船舶工业系统工程研究院北京100036

[目的]探讨有/无防护舱壁结构对典型舱室在战斗部内爆下载荷及毁伤特性的影响,指导舰船重要舱室的防护设计。[方法]设计典型的双舱结构模型,以大舱室模拟爆炸当舱,小舱室模拟重要舱室,开展常规钢制舱壁与多层含液防护舱壁这2种舱室结构... 详细信息

[目的]探讨有/无防护舱壁结构对典型舱室在战斗部内爆下载荷及毁伤特性的影响,指导舰船重要舱室的防护设计。[方法]设计典型的双舱结构模型,以大舱室模拟爆炸当舱,小舱室模拟重要舱室,开展常规钢制舱壁与多层含液防护舱壁这2种舱室结构在6.12 kg TNT带壳装药内爆作用下的载荷及毁伤对比试验,分析破片及冲击波载荷特性,以及结构破口及变形毁伤特征。[结果]结果显示,柱锥形战斗部前端产生的破片的飞散角基本一致,且前端的破片数量少于环向破片数量;爆炸冲击波有明显的角隅汇聚特点,冲击波能量会随结构的强弱发生流向改变,整体能量更易向结构较薄弱处倾泻;在冲击波和破片的联合毁伤下,常规钢制横舱壁中心会产生大破口,而多层含液防护舱壁则仅迎弹面有较大的塑性变形及少量破片穿孔,背弹面结构完整;多层含液防护舱壁能有效阻止爆炸能量传递至邻舱,但会加剧爆炸当舱的结构毁伤。[结论]“疏堵”(舱壁加强或减弱)防护设计方法在舰船重要舱室防护中具有重要的实用价值。

关键词：舱室内爆防护舱壁冲击波破片结构毁伤

基于量纲分析的两次内爆加载下舱室结构损伤规律研究

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兵器装备工程学报 2022年第3期43卷 94-98页

作者：李锡锋巨圆圆杜志鹏张磊周春桂李旭东海军研究院北京100161 中北大学机电工程学院太原030051

以舰舱室结构在承受多发武器攻击时的动态响应为背景,研究单舱室结构在两次内部爆炸加载下结构的变形规律。利用有限元软件AUTODYN进行两次内爆冲击波的数值仿真,通过量纲分析研究内爆载荷下舱室结构的影响因素,分析起爆位置和爆炸当量... 详细信息

以舰舱室结构在承受多发武器攻击时的动态响应为背景,研究单舱室结构在两次内部爆炸加载下结构的变形规律。利用有限元软件AUTODYN进行两次内爆冲击波的数值仿真,通过量纲分析研究内爆载荷下舱室结构的影响因素,分析起爆位置和爆炸当量对舱室结构变形的影响规律。结果表明:在爆炸当量为2~10 kg、炸点位置距离舱壁中心0.4~1.2 m,舱壁结构毁伤模式为挠曲变形和局部破口;仿真得出舱壁最大挠厚比和炸药当量/舱壁边长、炸药当量/爆距存在线性关系并得出内爆无量纲损伤数D_(m);将各种工况下的无量纲损伤数与爆炸当量进行统计,发现2种毁伤模式之间存在较为明显的分界线,分界线方程可用一元二次方程拟合。

关键词：舱室内爆多次爆炸毁伤模式量纲分析数值仿真

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动态爆炸破片特性及对舱室结构毁伤效应研究

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2024年第1期48卷 72-78页

作者：滕清湖朱春晓柴威李晓彬陈威武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

文中采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)数值方法研究了不同战斗部速度下破片速度及飞散方向角的变化规律,构建典型舱室,开展了动态爆炸破片群对舱室结构毁伤效应研究.结果表明:当战斗部运动速度为1000 m/s时... 详细信息

文中采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)数值方法研究了不同战斗部速度下破片速度及飞散方向角的变化规律,构建典型舱室,开展了动态爆炸破片群对舱室结构毁伤效应研究.结果表明:当战斗部运动速度为1000 m/s时,沿战斗部运动方向飞散的破片最大速度为静爆下的155.4%,沿运动反方向飞散的破片最大速度为静爆下的28.9%;静爆下破片飞散方向角为83.4°,战斗部运动速度1000 m/s下破片飞散方向角为35.2°;动爆下面对战斗部运动方向的板架破损程度增大.战斗部运动速度对沿运动方向飞散破片的速度存在明显的增强效应,对沿运动反方向飞散破片的速度存在明显的削弱效应;破片群的整体飞散区域向战斗部运动速度方向偏移;随着战斗部运动速度的提高,面对战斗部运动方向的板架的毁伤程度增强,背对战斗部运动方向的板架的毁伤程度减弱,平行于战斗部运动方向的板架上的毁伤区域向战斗部运动方向偏移,导致舱室结构整体在战斗部运动方向上呈现非对称毁伤特征.

关键词：舱室内爆动态爆炸破片结构毁伤

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舱室复合材料结构的抗爆性能数值仿真

中国舰船研究 2019年第4期14卷 14-21页

作者：吴广明许亚东李正国王志凯姚熊亮中国舰船研究设计中心上海201108 哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001

[目的]随着现代舰船技术的不断发展,以及对船体自身抵抗反舰武器打击能力的要求不断提高,复合材料广泛应用于舰船防护结构中。为探究舱室内爆过程中凯夫拉材料防护结构的抗爆性能,[方法]在建立含多层甲板的实船舱段有限元模型的基础上,... 详细信息

[目的]随着现代舰船技术的不断发展,以及对船体自身抵抗反舰武器打击能力的要求不断提高,复合材料广泛应用于舰船防护结构中。为探究舱室内爆过程中凯夫拉材料防护结构的抗爆性能,[方法]在建立含多层甲板的实船舱段有限元模型的基础上,在两甲板之间建立舱室结构模型,并在其围壁内铺设凯夫拉材料装甲防护结构,计算舱室内爆过程中凯夫拉材料装甲防护结构的动态响应及毁伤。为正确模拟凯夫拉材料各向异性材料的属性特征,采用实体单元建立装甲防护层,对围壁上单元节点与凯夫拉材料单元节点采用tie约束,以保证节点共同运动。[结果]结果显示,未采用防护材料的舱壁在爆炸冲击载荷下发生了完全撕裂破坏,而采用了防护材料的舱壁只在冲击波正对位置发生了局部撕裂破坏。[结论]通过对比分析舱内不同起爆位置、在有/无凯夫拉材料装甲防护结构条件下的舱室毁伤特征,可为舱室的抗爆防护设计起到一定的支撑作用。

关键词：凯夫拉材料舱室内爆装甲防护抗爆性能

内爆载荷作用下船舶加筋板结构等效设计方法研究

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中国造船 2023年第5期64卷 53-66页

作者：刘冉陈长海程远胜华中科技大学船舶与海洋工程学院武汉430074 船舶和海洋水动力湖北省重点实验室武汉430074

针对内爆载荷作用下的船舶加筋板,提出了计及带板影响的4种加筋板等效设计方法。用有限元软件LS-DYNA对等效设计的加筋板进行内爆仿真计算,获得效果最好的加筋板结构等效设计方法,并与不考虑带板影响的等效设计方法进行对比,还探讨了加... 详细信息

针对内爆载荷作用下的船舶加筋板,提出了计及带板影响的4种加筋板等效设计方法。用有限元软件LS-DYNA对等效设计的加筋板进行内爆仿真计算,获得效果最好的加筋板结构等效设计方法,并与不考虑带板影响的等效设计方法进行对比,还探讨了加筋腹板高度和加筋数量等因素对加筋板等效设计的影响。结果表明,对于保留加筋,保证加筋(计及带板)截面积相等,且抗弯模量和惯性矩尽可能与原型接近的等效设计方法(即等效设计方法Ⅰ),等效设计的加筋板的内爆变形模式与原型保持一致,内爆动态响应的相对偏差最小。加筋腹板高度越高,加筋对于加筋板抗爆的贡献越大。对于不同的加筋腹板高度,等效设计方法Ⅰ最为有效。加筋的数量越多,等效设计方法Ⅰ的效果越好。在进行加筋板等效设计时,保持加筋与带板横截面积比值的变化量小于0.73,且抗弯模量和惯性矩尽可能与原型接近,等效设计的加筋板的内爆动态响应与原型的相对偏差可保持在10%以内。

关键词：爆炸力学船舶结构加筋板舱室内爆动态响应等效设计