下载文档原格式
水下爆炸数值模拟研究
为提高水下爆炸数值模拟的精度,本文探讨了边界条件、网格密度对近场条件下的水下爆炸计算结果产生的影响,分析了在有限的计算条件下进行水下爆炸三维计算的可行性,为本文的水下爆炸数值计算提供依据。
本文应用LS-DYNA有限元程序中的拉格朗日算法对假设的一维柱对称计算模型进行计算,模拟了水下爆炸的冲击波及气泡脉动过程,定性的研究了冲击波传播及气泡脉动的规律以及装药深度对水下爆炸冲击波、气泡脉动所产生的影响。
应用AUTODYN动力学软件中的欧拉算法对二维轴对称计算模型进行计算,模拟了小药量炸药的水下爆炸冲击波传播过程,得到了距离爆炸中心不同距离处的压力时程曲线、冲击波峰值压力、冲击波压力冲量以及冲击波能,并与经验值进行比较,结果符合较好。
通过二维计算,研究了两种起爆方式、两种装药形状、不同材料的炸药外壳及不同厚度的壳体对水下爆炸冲击波各参数所产生的影响。
水下爆炸冲击作用下壳体结构响应的数值模拟本文以壳体结构作为研究对象,使用ANSYS/LS-DYNA软件分别对一般环肋圆柱壳结构和潜艇结构在水下爆炸冲击作用下的响应进行了数值模拟研究。
首先,模拟了水下爆炸压力的传播过程,计算并分析了水下爆炸对圆柱壳结构的动态影响。
研究中发现,ANSYS/LS-DYNA模拟中远场爆炸时,流体单元数目巨大,导致计算时间过长,单元数量超出计算机的计算规模时,计算无法进行；并且爆炸冲击波压力存在衰减过快的问题,因此计算的精确度降低。
其次,为了得出对提高壳体抗冲击性较为有利的结构形式,分别对加筋、改变筋的几何尺寸、增加壳体厚度对于提高圆柱壳抗冲击性的作用进行了对比研究,研究结果表明,加适当筋距的筋,以及在加筋的基础上增加壳体厚度对壳体抗冲击性提高效果显著。
另外,改变筋的尺寸能使壳体达到更好的抗冲击效果。
然后分别对单壳体和双壳体结构及其周围水域进行有限元建模,对两种壳体在水下爆炸冲击作用下的响应进行了数值模拟,并将二者的模拟结果进行对比,目的是为了研究双壳体结构中外壳及壳间液舱对于冲击波传播及内壳冲击响应的影响。
研究结果表明,外壳及壳间液舱对冲击波传播及内壳响应影响较小。
最后根据某潜艇基本数据建立了潜艇结构的有限元模型,并对此模型做了水下爆炸冲击的数值模拟。
分析了不同工况下壳体的应力应变响应、速度及加速度响应以及内外结构能量吸收情况,统计了迎爆面应力沿艇长方向的分布情况,并将不同工况下的响应进行了对比,据此指出该壳体结构中抗冲击性比较差的结构形式,并对此提出改进措施。
本文研究结果可以为提高潜艇的抗水下爆炸冲击性能研究提供参考。
固支方板对水中爆炸作用的动态响应研究吴成;金俨;李华新【摘要】分析研究了在装药水中爆炸产生的强冲击载荷作用下固支方板的塑性动力响应过程.通过对水中爆炸理论和板的大变形理论分析,应用能量原理和Lagrangian函数,推导出反映固支方板在冲击载荷作用下变形的最终挠度的解析解.水中爆炸对固边方板破坏的实验在自制的水箱中进行.对不同的装药重量和炸距情况下方板的变形情况进行了理论计算,并对实验结果和误差来源进行了分析.实验结果和理论结果具有较好的一致性.【期刊名称】《高压物理学报》【年(卷),期】2003(017)004【总页数】8页(P275-282)【关键词】水下爆炸;固支方板;塑性大变形;等冲量分析【作者】吴成;金俨;李华新【作者单位】北京理工大学机电工程学院,北京,100081;北京理工大学机电工程学院,北京,100081;国营第5013厂,重庆,402575【正文语种】中文【中图分类】O3831 引言一般情况下,战场上的军事目标大都是由板、壳、梁等基本构件构成的。
当这些基本构件受到爆炸冲击载荷作用时,有可能产生大的塑性变形,或者发生局部或整体的断裂破坏而导致结构失效,最终导致目标达到某一毁伤等级。
因此,对这些基本构件在爆炸等强冲击载荷作用下的塑性变形破坏情况进行理论分析,对于研究弹药的毁伤威力和目标易损性具有十分重要的意义。
在本文中,对固支方板在水下受到爆炸冲击波载荷作用而产生的塑性动力响应进行了理论分析,并推导出反映变形情况的解析解。
通过对实验值和理论值的比较,分析了实验产生误差的原因。
实验值和理论值具有较好的一致性。
水中冲击波将首先自板面反射。
由于板四周的束缚,因此初期的反射接近于从固壁的反射。
随着靶板速度的增加,板面水压力就相应的降低。
同时由于产生的透射波的压力,使靶板受到的入射冲击波作用的迎载面总载荷始终不会是零,因此水中不会出现使水发生空化的负压,即不会产生空化效应。
2 水中爆炸对板的作用理论2.1 几点假设(1)材料是理想刚塑性的。
水下爆炸作用下船底液舱动态响应的仿真分析水下爆炸是现今世界军事领域的重要关注点，它可以带来极大的军事利益，同时也可能造成严重的后果。
船舶作为最大的载体之一，其在水下爆炸作用下的动态响应性能是极为重要的。
因此，本文通过数值仿真的方式，模拟了船底液舱在水下爆炸作用下的动态响应情况，对其进行分析。
首先，本文对水下爆炸作用下的流场进行了分析。
在水下爆炸过程中，爆炸波会将水体推向船舶，形成了水动力载荷。
由于船底液舱位于船体底部，因此受到了爆炸波的最大冲击力。
在数值仿真中，本文采用了FLUENT软件，对水下爆炸作用下的流场进行了模拟，结果如下图所示。
图1 水下爆炸作用下的流场分析结果可以看出，水下爆炸作用下形成了强烈的流场，其峰值速度可达到100m/s以上，对船底液舱造成了巨大的冲击力。
因此，需要对船底液舱的动态响应进行进一步分析。
接下来，本文利用ANSYS软件进行了船底液舱的有限元分析。
由于液舱的形状复杂，因此本文采用了四面体网格划分的方法，将船底液舱离散化，并通过各个节点之间的相互作用，模拟出其在水下爆炸作用下的动态响应情况。
图2 船底液舱有限元模型通过有限元分析，本文得到了船底液舱在水下爆炸作用下的位移变化曲线，如下图所示。
图3 船底液舱的位移变化曲线可以看出，在爆炸波作用下，船底液舱出现了明显的弯曲和振动，其最大振幅达到2.5cm左右。
而液舱的应力变化也非常明显，其最大值可以达到350MPa以上。
因此，液舱在水下爆炸作用下的动态响应性能非常差，如果不采取相应的措施，可能造成船舶沉没或损毁。
最后，本文针对液舱的动态响应问题，提出了相应的优化方案。
其中，采用了增加液舱厚度的方式，从而提高其抗弯和抗压能力。
通过数值仿真的方法，验证了该方案的可行性，并得到了液舱在优化后的动态响应结果，如下图所示。
图4 液舱优化后的动态响应结果可以看出，液舱在经过优化后，其动态响应性能得到了明显的提升，振幅减小到了1.2cm左右，应力最大值也降低到了200MPa以下。
水下接触爆炸作用下舰船板壳结构动态响应模拟水下冲击载荷对舰船板壳结构的破坏是非常复杂的，对于该问题的深入研究，有助于设计出最合理的能够有效的抵抗导弹战斗部攻击的结构。
随着现代化、攻击型武器的发展，开展这方面的研究显得尤为重要。
本文针对水下爆炸冲击载荷对舰船板壳结构的破坏，进行了仿真分析和研究。
利用有限元计算软件LS DYNA进行了一系列有关水下接触爆炸引起的冲击载荷对舰船板壳结构破坏过程
的仿真模拟。
首先，模拟仿真了平板和矩形加筋板的水下爆炸的过程，分析了平板、井字加筋板、十字加筋板在相同爆炸冲击载荷作用下的破坏过程，得出矩形加筋板的抗爆能力强于平板的抗爆能力。
其次，模拟仿真了单层钢板在水下多炸药同时爆炸作用下的动力响应，根据炸药位置的不同，分析对钢板的不同破坏程度。
另外，本文还模拟了多层板水下的爆炸过程，针对板与板之间不同介质进行了对比分析，得到合理的分布情况。
采用蒙特卡罗模拟的方法得出单层钢板在水下爆炸冲击荷载作用下的失效概率。
蒙特卡罗模拟通常要求样本数量很大，耗机时较多，而本文采用对较小的样本数量进行拟合的方法，这种方法充分利用了各随机变量的具体信息，大大简化了计算。
即用产生随机数程序得到100组随机变量的初始值，然后进行仿真计算，得到钢板在冲击荷载作用下的应力分布。
再拟合应力分布的分布函数，进而求得冲击破坏概率。
水下爆炸冲击波和气泡联合作用下结构响应数值分析徐永刚;宗智;李海涛【摘要】Underwater explosion may result in serious damages to the floating structure. The purpose of this paper is mainly to study effects of response characteristics of structures subjected to underwater explosion and provides a reference for anti -shock design of warship. The accuracy and efficiency of ABAQUS software in simulating the elastic-plastic response of structure subjected to underwater explosion were verified. The dynamic responses in terms of strain and stress of the structure under underwater explosion loading in different cases were calculated and analyzed using ABAQUS software. The calculated results show that the pressure of bubble pulse is the major factor of ship whipping and overall damage.%结构在水下爆炸作用下会产生严重的破坏，研究水下爆炸作用下结构的响应特征和规律，并为舰船抗冲击设计提供参考。
首先验证了ABAQUS软件模拟结构受水下爆炸载荷作用弹塑性响应的有效性和准确性。
深水环境中水下爆炸冲击波作用下圆柱壳动态响应的数值模拟研究贾宪振;胡毅亭;董明荣;许学忠;刘家骢【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2008(027)005【摘要】基于通用有限元程序ABAQUS,运用静力分析和动力分析相结合的研究方法,对深水环境中圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的动态响应进行了数值模拟研究,分析了深水中圆柱壳动态响应的影响因素,研究了圆柱壳的破坏随深度而变化的规律.研究结果表明:在同样的冲击波载荷作用下,圆柱壳的毁伤程度随着所处深度的增大而逐渐加重;爆距不变时,不同爆心方位所对应的圆柱壳的响应不同;预应力的存在使圆柱壳毁伤程度有所增加,并且预应力对圆柱壳响应的影响与爆心方位有关;能够导致圆柱壳破坏的炸药质量随深度增加而迅速减小;圆柱壳在浅水中和深水中的破坏机制不同,前者是由于冲击波的作用,而后者是冲击波和静水压力联合作用的结果.【总页数】6页(P160-165)【作者】贾宪振;胡毅亭;董明荣;许学忠;刘家骢【作者单位】南京理工大学,南京,210094;南京理工大学,南京,210094;西北核技术研究所,西安,710024;西北核技术研究所,西安,710024;南京理工大学,南京,210094【正文语种】中文【中图分类】O383.3【相关文献】1.关于圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下二次加载现象的数值模拟研究 [J], 张振华;朱锡;冯刚;方斌2.水下爆炸冲击波作用下自由环肋圆柱壳动态响应的数值仿真研究 [J], 张振华;朱锡;冯刚;李玉节;刘建湖;何斌3.爆炸冲击波作用下玻璃材料动态响应数值模拟研究 [J], 李顺波;杨军4.水下爆炸冲击波作用下小型多舱圆柱壳的弹性响应研究 [J], 仝志永;赵治平5.深水爆炸冲击波作用下圆柱壳动态响应影响因素的数值模拟研究 [J], 贾宪振;胡毅亭;董明荣;许学忠;刘家骢因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
