冲击载荷下含表面裂纹潜艇典型结构的动态断裂研究

潜艇锥柱典型节点表面裂纹扩展数值模拟张可成;罗广恩;李良碧【摘要】Cone-cylinder parts is the hot spots of fatigue damage of submarine. In this paper, typical joints at the cone-cylinder parts of submarine are chosen as the research object. Basing on the theory of fracture mechanics, the typical welding joints of cone-cylinder hull structure is studied by ansys software developed in APDL language. The propagation process of the surface crack under alternating loads are simulated. Comparing with the experimental results, the result shows that this method can simulate the fatigue expansion of the surface crack excellently.%锥柱结合处是潜艇结构疲劳破坏的热点区域.本文以潜艇锥柱结合壳结构典型节点为研究对象,以断裂力学为理论基础,使用APDL语言对ANSYS软件进行2次开发,分析潜艇耐压壳结构典型节点表面裂纹在交变载荷作用下的扩展过程,并与试验结果进行对比,结果表明本方法可较好地模拟表面裂纹的疲劳扩展.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2012(034)003【总页数】6页(P9-13,44)【关键词】潜艇;裂纹扩展;应力强度因子;表面裂纹【作者】张可成;罗广恩;李良碧【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003;中国船舶科学研究中心,江苏无锡214082;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003;江苏现代造船技术有限公司,江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】U661.43锥柱结合壳是潜艇耐压结构广泛采用的结构形式，由于其形状有突变，在静水压力下容易产生大的局部应力，随着潜艇的上浮和下潜，将会发生疲劳破坏，因此锥柱结合处是潜艇疲劳的热点区域［1］。

潜艇设备冲击响应谱谱跌特性数值分析王晓欣;李笑天;马笑辉;杜国伟【摘要】[目的]设计冲击谱是舰载设备响应谱抗冲击分析的关键输入条件.为了研究大质量舰载设备安装后的谱跌特性,[方法]以潜艇为例,通过对舱段结构的有限元数值模拟,研究舰载设备在不同连接方式下冲击谱随质量及刚度变化的规律,并与目前广泛采用的国军标GJB 1060.1-91给出的冲击设计谱进行对比.[结果]结果表明:对于单自由度系统,在低频段(位移段)和高频段(加速度段),国军标给出的冲击谱更保守;在中频段(速度段),研究得到的响应谱大于国军标给出的响应谱.对于多自由度系统,依据国军标给出的方法忽略模态间的相互作用将导致计算偏于保守.此外,设备与舱段的连接方式对设备响应谱存在明显影响.[结论]研究得到的各种因素对谱跌特性的影响规律,对潜艇大型设备的抗冲击设计具有借鉴意义.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2019(014)003【总页数】7页(P31-37)【关键词】潜艇;冲击响应分析;冲击谱;谱跌【作者】王晓欣;李笑天;马笑辉;杜国伟【作者单位】清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084;清华大学先进核能技术协同创新中心,北京100084;清华大学先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084;清华大学先进核能技术协同创新中心,北京100084;清华大学先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;同方工业有限公司,北京100083;清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084;清华大学先进核能技术协同创新中心,北京100084;清华大学先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084【正文语种】中文【中图分类】U661.40 引言爆炸冲击载荷作用是导致舰载设备失效的重要因素，分析和评估设备抗冲击性能是设计中的重要环节［1］。

基于冲击响应谱的抗冲击数值计算方法因计算量小、易使用，在舰载设备设计分析中得到了广泛应用。

我国力学工作者的几项重大成果已有399 次阅读 2011-10-14 15:19 |系统分类:人物纪事|关键词:xml office center 工作者style 我国关于近代应用力学的研究大约始于四五十年代，其中力学事业的奠基人公认为有四个：钱学森、周培源、钱伟长和郭永怀。

其中钱学森被认为是中国的“航天之父”、“火箭之父”；周培源以研究广义相对论而出名；钱伟长被打成右派，只是到晚年才担任政协副主席而名声日隆；郭永怀实际上是二机部第二研究院（研究原子弹的）副院长，在1968年执行公务时飞机失事而牺牲（其动人事迹已被拍成电影）。

这四个人都是加州理工学院的校友，都继承了哥廷根学派应用力学的传统。

实际上，加州理工学院是一所规模很小的学校，一直提倡精英教育。

她的中国校友还有很多，例如郑哲敏、庄逢甘、谈家桢、赵忠尧、胡宁、孟昭英、唐有祺、白春礼等。

公众对于这些人的学术了解都很肤浅，殊不知他们都是应用力学的大师，而他们所取得的那些成绩只不过是其所学力学知识的外在表现而已。

他们已经掌握了力学的精髓，不把力学作为一门具体的学科，而是作为方法论，故而他们能有更多的发明创新。

力学的逻辑严密性，以及能够从工程实际和实验现象里面提炼模型的能力，对创建交叉学科具有非常重要的意义。

例如钱学森提出的工程控制论、物理力学、系统工程，钱伟长研究的燃料电池、中文信息处理，郭永怀提出的化学流体力学等，都是基于力学方法论的新概念和新学科。

有鉴于此，本文仅选取了我国力学家的几项重要学术成绩以评述，而这也仅仅是力学工作者所取得成果的一部分。

“中国三钱”中的两钱，钱学森和钱伟长都是搞力学研究的。

钱学森回国之后担任了火箭与航天领域的领导，是一位科学帅才。

他能够领导这么大的系统工程，其基础就是应用力学。

他在力学上的主要贡献有：（1）采用非线性理论研究了飞机金属薄壳结构非线性屈曲；（2）研究火箭发动机的热力学问题，提出并实现了火箭助推起飞装置（ＪＡＴＯ），提出了火箭旅客飞机、核火箭、行星际飞行、天地往返运输系统等概念；（3）创建了《工程控制论》，把设计稳定与制导系统这类工程技术实践作为主要研究对象；（4）提出物理力学概念，主张从物质的微观规律确定其宏观力学特性，改变过去只靠实验测定力学性质的方法；（5）卡门-钱近似公式，即飞机速度接近声速时，空气的可压缩性对机翼和机身的升力有多大影响。

水下近场爆炸对舰船结构瞬态流固耦合毁伤特性研究舰船水下近场爆炸或接触爆炸对结构的毁伤往往是致命的,严重威胁舰船的生命力,故研究水下近场或接触爆炸载荷特性及其对船体结构的毁伤机理意义重大。

不同于中远场水下爆炸,近场或接触爆炸载荷主要包括冲击波、非对称气泡脉动、高速破片、爆轰气水混合物喷溅、气泡射流等,这些载荷本身往往具有高温、高压、高速瞬态强冲击等特点,作用过程经常伴有大变形、撕裂、砰击以及飞溅等现象,对近场结构的毁伤往往呈高度的非线性,不可修复。

本研究瞄准了近场或接触爆炸不同类型的载荷,通过改进无网格光滑粒子流体动力学方法(SPH)的流固耦合数值模型及其与网格算法耦合的数值模型,如有限元法(FEM)和边界元法(BEM),同时结合既有的实验和解析理论结果进行验证,实现对近场或接触爆炸不同载荷特性的认识,以及不同载荷对结构的毁伤特性和机理性问题的探索。

本文首先根据检索结果将近年来水下爆炸研究领域国内外具有代表性的研究工作进行了简要回顾,然后重点针对水下近场爆炸的冲击波和气泡脉动载荷、高速破片载荷、水气混合射流载荷等方面的研究现状,确定了现阶段研究的盲点与不足:近场冲击波载荷认识不清、缺少数据支撑,高速破片载荷的毁伤及防护缺少系统性的设计依据,水气混合射流研究仍局限于前期近似解且争议颇多。

针对这些不足,将无网格SPH方法近年来在解决水下爆炸问题中的应用进展进行了综述,展现了它的拉格朗日粒子性质在处理此类问题的优势,为后文的开展奠定了基础。

从三维SPH方法现阶段在精度、界面、稳定性和计算效率等方面的处理技术出发,系统性的分析了 SPH方法在应用中的关键问题。

通过分析,从计算精度方面考虑,文中确定了结构与流体分别采用完全拉格朗日和更新拉格朗日方程的格局,结构采用高完备性的移动最小二乘函数来保证精度和稳定性;在界面处理时,流体边界、固体结构边界以及任意相间的接触边界等界面问题要以保证近似函数完备性为前提,为实现边界的无反射,可在边界布置海绵阻尼层以及文中提出的阻抗匹配边界层;在改善稳定性方面,应力点可有效改善结构的沙漏模式,核函数和光滑长度的选取要尽量避开应力的不稳定条件,此外,SPH的流固模型施加一定的阻尼也是必要的;在改善计算效率方面,文中提出的变光滑长度搜索算法和采用的OpenMP并行方案均可有效提高三维SPH计算效率。