下载文档原格式
爆炸载荷作用下舰船结构破坏机理研究的开题报告
一、背景介绍
随着现代战争技术的不断发展，爆炸载荷作用下的舰船结构受到越来越多的关注。
爆炸载荷在海上战争中很常见，包括雷击、炸弹袭击和鱼雷攻击等。
在这些情况下，
舰船结构承受的载荷会远远超过正常的荷载能力，从而引发结构破坏。
因此，研究爆炸载荷作用下舰船结构的破坏机理是非常必要的。
本文旨在通过对相关文献的综述和实验研究，深入探讨爆炸载荷对舰船结构的破坏机制及其影响因素。
二、研究内容与方法
1. 爆炸载荷作用下舰船结构的破坏机制
通过对文献的综述和整理，分析舰船结构在爆炸载荷作用下的破坏机理，包括破坏形式、破坏路径和破坏机理等。
2. 影响爆炸载荷破坏舰船结构的因素研究
通过实验研究和数值模拟，探讨影响爆炸载荷破坏舰船结构的因素，包括载荷的大小、作用方向、持续时间、舰船结构的形式等。
3. 实验研究
设计爆炸实验，模拟舰船结构在爆炸载荷作用下的破坏过程。
通过对实验数据的分析和比对，验证研究中得出的结论。
三、预期结果
本研究预期通过对爆炸载荷作用下舰船结构破坏机理和影响因素的研究，揭示舰船结构在爆炸载荷作用下的破坏过程和规律，可以为舰船防护技术的研发和设计提供
理论依据和实验数据，提高舰船结构的抗爆能力和保障海上安全。
四、研究意义
本研究将对舰船结构的抗爆性能提高和海上安全保障产生积极的作用。
同时，也将促进相关领域的研究和发展，为舰船工程的前沿科技创新提供理论基础和技术支撑。
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。
舰艇水下爆炸破损分布特性
孙赫;闫明;杜志鹏;张磊
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2024(44)6
【摘要】舰艇在作战过程中受到武器攻击,从爆炸产生的破口持续多向进水,影响舰艇的不沉性。
为了探究水下爆炸破损分布特性,开展了驳船近场水下爆炸试验,利用声固耦合法计算了冲击波与气泡射流载荷联合作用下全船结构的毁伤,得到整船塑性变形区域的凹陷深度为85 cm,L形破口宽30 cm,破口面积为0.2 m2。
对比了试验和仿真数据,计算破口尺寸的相对误差小于20%,破口位置吻合较好,验证了模型的准确性。
利用该模型进行了不同爆距下爆炸仿真计算,提出了驳船在近场水下爆炸载荷作用下的分布式损伤模式,明确了舰船结构的毁伤除整体折断和局部大型破口外还有广泛分布的小裂缝存在于舱壁、舷侧外板等部位。
随着冲击因子从5.74减小至1.91,舱底破口尺寸减小,舱内裂缝增多;当冲击因子在1.91~2.87之间时,舱底破损为分散式的小型破口。
舷侧、舱壁与舱底的连接处为薄弱部位,小裂缝分布较多,在舰艇设计过程中可重点加强防护。
【总页数】15页(P144-158)
【作者】孙赫;闫明;杜志鹏;张磊
【作者单位】沈阳工业大学机械工程学院;海军研究院
【正文语种】中文
【中图分类】O383
【相关文献】
1.基于ABAQUS的近距水下爆炸对舰艇的冲击响应研究
2.水下爆炸下舰艇不同部位冲击环境数值分析
3.水下爆炸下船体结构变形分布及传递特性
4.水下爆炸性冲击波实验模型的建立及其应力分布特性的研究
5.水下爆炸载荷下水面舰艇双层结构的毁伤与防护研究进展
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
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。
