水下爆炸(理论)

水下爆炸载荷作用下舰船结构极限强度研究水下爆炸载荷作用下舰船结构极限强度研究随着军事技术的不断发展，水下爆炸作为一种先进的战术手段被广泛应用。

在水下爆炸的作用下，舰船结构的极限强度成为关键问题。

因此，对水下爆炸载荷作用下舰船结构极限强度的研究具有重要的意义。

在水下爆炸载荷作用下，舰船结构会受到极大的冲击力和压力波的作用。

这些作用会引起船体的变形、破裂和崩塌，从而对舰船的安全性产生威胁。

因此，为了能够预防和防范水下爆炸事故的发生，需要对船体结构的极限强度进行研究。

舰船结构的极限强度研究是基于材料力学和结构力学的理论研究。

在进行船体结构的强度计算时，需要考虑到材料的力学特性、船体结构的几何形状和水下爆炸载荷的作用特点等因素。

其中，水下爆炸载荷对船体结构的破坏主要有三种形式：冲击性破坏、冲击痕迹破坏和压力波破坏。

在进行船体结构的强度计算时，需要采用合适的数值模型和计算方法。

目前，常用的数值计算方法包括有限元法、边界元法、网络法等。

在确定数值模型和计算方法后，需要进行参数的选择和设置。

其中，重要的参数包括材料的弹性模量、泊松比、密度和破裂韧性等。

这些参数的选择与设置直接影响到强度计算的结果和准确性。

在进行强度计算时，需要对船体结构进行不同的负载情况下的分析。

常见的负载情况包括静荷载、动荷载和地震荷载等。

这些负载情况下，船体结构的受力情况和变形情况都有所不同。

经过对舰船结构极限强度的研究，可以得出舰船在水下爆炸载荷作用下的破坏模式和强度情况。

这些研究成果可以为船体结构的设计、修理、修改等提供重要的参考依据。

总之，水下爆炸载荷作用下舰船结构极限强度研究是一项复杂而重要的工作。

通过采用合适的数值模型和计算方法，选择适当的参数和进行不同负载情况的强度分析，可以为舰船的安全性提供保障。

根据现有文献和实验数据，以下是一些与水下爆炸载荷作用下舰船结构极限强度相关的数据:1. 爆炸药量的影响爆炸药量的大小对船体结构损伤的程度有很大的影响。

金属铝粉对水下爆炸威力的影响摘要:针对水下爆炸的爆炸威力,论述了铝粉在水下爆炸中对炸药爆炸冲击波压力及能量的影响。

铝粉的增加可提高炸药的爆热,适当比例铝粉的加入,可使炸药获得最大的冲击波能及机械气泡能,进而提高炸药水下爆炸威力。

关键词:铝粉水下爆炸威力含铝炸药最早是在1899年由德国人首先提出,以用来提高炸药的爆炸能力,并于1900年取得了专利。

此后,含铝炸药逐渐发展,目前已成为军用混合炸药的一个重要系列,广泛用于对空导弹、水下武器弹药等。

发展至今,国内外水中兵器所装炸药几乎全部是含铝炸药,如H-6、HBX-1、RS-111、RS-211等。

由于含铝炸药在水中兵器中的良好应用,含铝炸药的研究引起了国内外学者的广泛关注。

本文重点进行含铝炸药对水下爆炸爆轰性能的影响进行分析。

1 含铝炸药的爆炸反应机理分析普通的化学反应,通过原位光谱技术能够确定反应过程的产物。

而对于炸药的爆轰,由于反应速度极快,且爆炸瞬间所产生的压力和温度对爆炸产物的组成又有着密切的影响,因此,准确地描述爆炸瞬间发生的现象当前很难实现。

通过设计相关的试验方案,考察所关心的数据,就基本能够达到对铝粉在炸药爆炸中产生作用的认识。

炸药在水下爆炸能产生冲击波、气泡和压力波,这三者都能使目标受到一定程度的破坏。

基于此,衡量炸药水下爆炸威力的两个重要能量参数是冲击波能和机械气泡能,因而,可以通过设计的试验考察上述几个数据。

2 对冲击波压力及压力衰减的影响炸药在水中爆炸后,形成向四周扩展并迅速衰竭的冲击波,同时形成气泡压力脉动现象。

铝粉对炸药水下爆炸过程中气泡压力脉动的影响较大。

国内周俊祥等采用单因素试验对含铝炸药的水下爆炸进行了对比研究。

试验选8701和RDX/Al含铝炸药为测试样品。

8701是以RDX为主体的高能理想炸药。

RDX/Al含铝炸药Al粉含量为20%。

试验结果显示,与8701炸药明显不同的是,RDX/Al含铝炸药水下爆炸冲击波压力衰减时间常数θ有了显著提高。

水下爆炸对水下目标的毁伤试验研究王博雅;鲁忠宝;任西;任炜;李慧;连恺【摘要】In order to study the damage effects of underwater explosion, underwater explosion of GUHL-1 was tested, the shock wave peak overpressure at different distance were obtained. And the relation between shock wave peak overpresure and distance of underwater explosion for GUHL-1 was obtained by calculation.Meanwhile, the effects of damage to the different frogman weapons system were analyzed. The study provided the reference for design of anti-frogman weapons systems in the future.%为研究水下爆炸对蛙人的毁伤效果，进行了GUHL-1的水下爆炸试验，得到不同爆距处冲击波峰值压力。

通过计算获得 GUHL-1炸药水中爆炸自由场冲击波压力峰值和爆距的关系。

同时对几种反蛙人武器系统的毁伤效果进行了分析，为今后反蛙人武器系统的设计提供参考。

【期刊名称】《火工品》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P51-53)【关键词】炸药;水下爆炸;毁伤效果;冲击波峰值【作者】王博雅;鲁忠宝;任西;任炜;李慧;连恺【作者单位】陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，陕西西安，710061;中船重工集团公司第705研究所，陕西西安，710075;陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，陕西西安，710061;陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，陕西西安，710061;陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，陕西西安，710061;陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，陕西西安，710061【正文语种】中文【中图分类】TQ564蛙人部队作为近海港口水域渗透、侦查、破坏等局部军事冲突的主角，给水下安全带来了极大的威胁。

水的状态方程对水下爆炸影响的研究
水下爆炸是一种复杂的物理现象，其影响涉及到多个因素，其中水的状态方程是其中之一。

水的状态方程描述了压力、温度和密度等参数之间的关系，对于水下爆炸的模拟和预测具有重要的意义。

首先，水的状态方程对于水下爆炸的压力响应具有显著影响。

在爆炸发生时，水迅速被压缩，压力迅速升高。

如果使用不同的状态方程，可能会得到不同的压力响应结果。

因此，为了更准确地模拟水下爆炸的压力响应，需要选择合适的状态方程。

其次，水的状态方程也会影响水下爆炸的能量传播。

爆炸产生的能量会通过水传递到周围的介质中，这种传播过程受到状态方程的影响。

如果状态方程选择不当，可能会导致能量传播的预测结果出现偏差。

此外，水的状态方程还会影响水下爆炸的冲击波特性。

冲击波是水下爆炸的重要现象之一，其传播速度和特性受到状态方程的影响。

如果使用不同的状态方程，可能会得到不同的冲击波传播结果。

综上所述，水的状态方程对水下爆炸的影响是多方面的。

为了更准确地模拟和预测水下爆炸的现象，需要选择合适的状态方程。

同时，还需要进一步研
究不同状态方程在水下爆炸模拟中的适用性和精度，为实际应用提供更加可靠的理论依据。

第25卷第5期水下无人系统学报 Vol. 25No. 5 2017年12月 JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Dec. 2017收稿日期: 2017-09-30; 修回日期: 2017-11-10.基金项目: 国家自然科学基金项目(51479204、51409253、51679246).作者简介: 金 键(1990-), 男, 在读博士, 主要研究方向为舰船抗爆抗冲击.[引用格式] 金键, 朱锡, 侯海量, 等. 水下爆炸载荷下舰船响应与毁伤研究综述[J]. 水下无人系统学报, 2017, 25(5): 396-409.【编者按】现代舰船的生命力和战斗力受到鱼、水雷等水中兵器的严重威胁, 开展水下爆炸载荷下舰船响应与毁伤研究具有十分重要的现实意义。

水下爆炸载荷下舰船的响应与毁伤过程是复杂的非线性动态过程, 属大变形、强非线性问题, 涉及流体力学、气泡动力学、爆炸力学、塑性力学、塑性动力学、结构力学、断裂力学、结构振动学、水弹性力学及计算机应用等众多学科及相互之间的交叉。

目前对水下爆炸的基本过程、物理现象和载荷特性的研究较为成熟, 对复杂边界条件下的水下爆炸过程和载荷特性的研究也有了长足的进展, 而水下爆炸载荷下舰船动响应过程、毁伤机理问题还有待进一步研究。

在受到水中兵器的攻击情况下, 如何根据舰船动响应过程与毁伤机理合理选取材料、设置优化结构是舰船防护中亟待解决的问题。

在国内, 朱锡教授带领的舰船抗爆抗冲击技术研究团队在舰船防护装甲材料、舰船防护结构设计方法、舰船结构防护/承载/隐身多功能一体化等方向有深入研究, 取得了一批原创性成果。

目前团队承担着武器装备预研项目、国防973项目、国家自然科学基金重点项目等多项国家级项目的研究与研制任务。

本刊特邀其团队成员金键博士系统梳理了水下爆炸下舰船响应与毁伤问题, 以综述形式呈现, 旨在让读者对水下爆炸的过程、分类和载荷特征、舰船动响应过程和毁伤机理以及研究方法和研究趋势有清晰的了解与认识。

深水炸弹原理
深水炸弹是一种用于水下目标的武器，它的原理是利用水的传播特性和爆炸冲
击波来对水下目标进行攻击。

深水炸弹通常被用于对潜艇、水雷和其他水下目标进行打击，是海军作战中重要的武器之一。

深水炸弹的原理主要包括以下几个方面：
首先，深水炸弹的爆炸冲击波是其攻击水下目标的关键。

当深水炸弹在水下爆
炸时，爆炸产生的冲击波会迅速传播到水下目标附近，产生巨大的压力和破坏力，从而对目标造成严重损害。

这种冲击波的传播特性使得深水炸弹成为了一种有效的水下打击武器。

其次，深水炸弹的引爆装置也是其原理的重要组成部分。

深水炸弹通常采用压
力感应式引爆装置，当深水炸弹接近水下目标时，水的压力会触发引爆装置，引发炸弹的爆炸。

这种引爆装置能够确保深水炸弹在接近目标时能够准确地爆炸，提高了其打击效果。

另外，深水炸弹的设计结构也对其原理起着重要作用。

深水炸弹通常采用圆柱
形或者球形的设计，这种设计能够减小水下阻力，提高炸弹的速度和穿透力，从而增加了其打击效果和命中精度。

此外，深水炸弹的爆炸能量和爆炸深度也是其原理的重要考虑因素。

深水炸弹
的爆炸能量需要足够大，才能产生足够的冲击波来对水下目标造成严重损害。

同时，爆炸深度也需要被精确控制，以确保炸弹在水下爆炸时能够准确命中目标。

总的来说，深水炸弹的原理是利用水的传播特性和爆炸冲击波来对水下目标进
行攻击。

通过合理的设计结构、引爆装置和爆炸能量控制，深水炸弹能够成为一种有效的水下打击武器，对海军作战具有重要意义。

水下爆炸冲击问题的物质点法研究开展水下爆炸以及结构在水下爆炸载荷作用下的动力响应研究在军事国防和民用建设领域均具有重要意义。

水下爆炸及其结构的冲击响应研究是十分复杂的问题，它涉及爆轰物理学、冲击动力学、流固耦合、弹塑性动力学等诸多学科，对其进行理论分析和实验研究是一个巨大的挑战。

近年来，随着计算机技术的不断提高以及各种数值方法的迅速发展，数值模拟已经成为水下爆炸问题研究领域中的重要研究手段。

流场或结构的极大变形、运动物质交界面、多相介质耦合作用以及自由表面等特性存在于水下爆炸整个过程中，这使得采用传统基于网格的数值方法对水下爆炸问题进行研究成为一项非常困难的工作。

物质点法（Material Point Method, MPM）是一种新型的无网格粒子算法，它结合了基于物质描述的拉格朗日方法和基于空间描述的欧拉方法二者的优点，在处理大变形时不存在基于网格的数值方法出现的网格畸变问题，而且物质点法能方便的跟踪材料的变形历史以及实现对物质界面的精确描述，这些优点使物质点法在冲击动力学诸多领域中得到了广泛应用。

本文在前人研究的基础上，进一步发展了物质点算法，并将物质点法扩展到水下爆炸冲击研究领域中。

推导了物质点法控制方程的空间以及时间离散格式，给出了物质点法显式积分算法，编写了基于物质点法基本理论的计算程序。

建立了高能炸药爆轰计算模型，采用物质点法数值模拟了高能炸药爆轰过程，计算得到的爆轰波主要表征参数与解析解和实验数据吻合较好，为下一步水下爆炸冲击问题研究奠定了基础。

针对水下爆炸冲击波在自由场中传播具有球面对称性质这一特点，本文提出了球对称形式的物质点法，为了验证所提方法的准确性，对球形炸药水下爆炸问题进行了数值计算，计算结果与实验数据以及经验公式计算结果吻合较好。

在此基础上提出了基于物质点法的重映射算法，采用此方法可有效提高三维水下爆炸问题的求解效率。

建立了二维水下爆炸计算模型，数值模拟了二维水下爆炸问题，数值计算结果与光滑粒子流体动力学方法（Smoothed ParticleHydronamics, SPH）计算结果以及经验公式计算结果进行了比较，结果吻合较好，物质点法与SPH算法计算精度相当，但在物质交界面的处理上物质点法具有明显的优势。

水中物体在运动过程中极有可能遭受水雷、炸弹等非接触爆炸的冲击，为了保证冲击后不发生破坏，物体自身必须具有一定的抗水下非接触爆炸能力。

物体承受水下非接触爆炸，是一种在很短的时间内，对冲击作用的复杂动态响应过程。

和其它力学过程一样，水下非接触爆炸分析方法主要有解析法、试验法和数值法。

鉴于非接触爆炸过程的复杂性，想得到解析解十分困难，而试验法需要大量的时间和经费，而随着计算机技术的发展，数值计算能力不断提高，数值法逐渐成为主要分析方法。

有限元法（FEM ）就是数值法的一种，其基本思想是将复杂结构离散成有限个简单的单元，在求解过程中反复迭代，通过对各单元力学行为的分析计算得到整体结构在载荷作用下的响应结果[1]。

为了建立包含结构的无限声介质模型，有限元法中考虑了无限元或非反射边界[2,3]。

另一方面，边界元法以自然的方式处理无限边界。

因此，使用边界元法的近似技术-双渐近近似（doubly asymptotic approximation,DAA ）被开发出来[4,5]。

Abaqus 软件采用基于连续介质的有限元技术来处理流体，以取代DAA 方法的假设。

为此，本文使用Abaqus 建立水下物体在爆炸冲击波作用下的有限元模型，对爆炸问题进行分析。

1控制方程在本文的数值分析中用有限元法建立待分析的结构模型，而用边界元法建立周边水介质模型。

本文将水波处理成声介质，其中爆炸载荷位于离结构较远处。

笔者用DAA 近似技术建立起壳结构和声学水介质的相互作用模型[4,5]，以此减少建立声学介质所需要的单元数量。

有限元离散的结构运动方程：1.91550部队，大连116021；2.海军装备部驻沈阳地区军事代表局驻齐齐哈尔地区军事代表室，齐齐哈尔161000；3.91550部队，大连116021。

水下物体非接触爆炸损伤过程的数值计算王劲夫1，周传晟2，苏里阳3摘要：为了研究水下物体在非接触爆炸作用下的损伤过程，基于声-固耦合建立起水下物体在非接触爆炸作用下的有限元模型，在物体上设置3个测点，对测点随时间变化的位移和速度进行计算。

水下爆炸研究的现状和趋势尹　群1,2,陈永念2,胡海岩1(1.南京航空航天大学,江苏南京210003;2.华东船舶工业学院,江苏镇江212003) 提　要　本文综述了国内外水下爆炸研究现状,分析和总结了水下爆炸的研究方法,并指出了目前水下爆炸的研究热点和发展趋势。

主题词　水下爆炸　结构响应　科学技术研究　发展趋势1　前言 舰船在使用过程中,将会受到炸弹、导弹、鱼雷、水雷等武器的攻击。

在这些武器的非接触爆炸中,舰船将受到水中瞬态冲击波及气泡脉动压力等载荷的作用,可能导致舰船局部或总体结构的严重破损,造成舰沉人亡的恶果。

为保证舰船的安全和正常使用,提高舰船的生命力,应对水下爆炸现象、水下爆炸载荷作用下的舰船结构动力响应特性及其破坏模式进行详细深入的研究。

水下爆炸是指在极短时间内,在水下的极小体积内或面积上发生极大能量转换的过程。

水下爆炸大体可分为三个阶段:装药的爆轰、冲击波的产生和传播、气泡的形成和脉动。

当炸药在水中爆炸时,其周围介质直接受到具有高温、高速、高压的爆炸产物作用。

在装药和介质的界面处,爆炸产物以极高的速度向周围扩散。

它如同一个超音速活塞一样,强烈地压缩着相邻的水,使其压力、密度、温度突跃式地升高,形成初始冲击波。

随着冲击波的离开,尔后爆炸产物在水中以气泡的形式存在并不断膨胀与压缩,在条件有利的情况下,这种脉冲可达十来次,并同时产生附加的脉动压力。

一般情况下,水中冲击波压力峰值大,但持续时间短(仅数十毫秒到数百毫秒),因而容易造成舰船及水下结构局部板的严重破损,而脉动压力峰值虽小(仅为前者的l5%～20%),但持续时间远大于前者(约1s左右〉,且气泡脉动压力的运动基频与水下结构一、二阶频率十分接近,因而容易使水下结构产生振荡,从而造成严重的总体结构　本文受到江苏省船舶先进设计制造技术重点实验室资助。

　作者简介:尹群(1964-),男,副教授。

破损。

水下爆炸还有可能使水下壳体产生整体失稳及断裂失效现象。