水下爆炸气泡射流对壳板毁伤的计算方法

合集下载

爆炸评价模型及伤害半径计算讲解

爆炸评价模型及伤害半径计算讲解

爆炸评价模型及伤害半径计算讲解爆炸评价模型及伤害半径计算1、蒸⽓云爆炸(VCE)模型分析计算(1)蒸⽓云爆炸(VCE)模型当爆炸性⽓体储存在贮槽内,⼀旦泄漏,遇到延迟点⽕则可能发⽣蒸⽓云爆炸,如果遇不到⽕源,则将扩散并消失掉。

⽤TNT当量法来预测其爆炸严重度。

其原理是这样的:假定⼀定百分⽐的蒸⽓云参与了爆炸,对形成冲击波有实际贡献,并以TNT当量来表⽰蒸⽓云爆炸的威⼒。

其公式如下:βAWQ ff= W TNT QTNT式中W——蒸⽓云的TNT当量,kg;TNTβ——地⾯爆炸系数,取β=1.8;14.9%;当量系数,取值范围为0.02%~ A——蒸⽓云的TNT ; W——蒸⽓云中燃料的总质量:kg f——燃料的燃烧热, QkJ/kg;f 4690kJ/kg。

TNT Q——的爆热,QTNT=4120~TNT)分析计算2()⽔煤⽓储罐蒸⽓云爆炸(VCE由于合成氨⽣产装置使⽤的原料⽔煤⽓为⼀氧化碳与氢⽓混合物,具有低闪点、低沸点、爆炸极限较宽、点⽕能量低等特点,⼀旦泄漏,极具蒸⽓云爆炸概率。

则(VCE),设其贮量为70%时,若⽔煤⽓储罐因泄漏遇明⽕发⽣蒸⽓云爆炸当量计算为:吨,则其为2.81TNT β=1.8;取地⾯爆炸系数:;A=4%蒸⽓云爆炸TNT当量系数,蒸⽓云爆炸燃烧时燃烧掉的总质量, Wf=2.81×1000=2810;)(kg10193H30%以⽔煤⽓的爆热,CO 、⼀氧化碳为1427700kJ/kg,(氢为计43% 2.Q=616970kJ/kg;kJ/kg):取f =4500kJ/kg。

TNT的爆热,取Q TNT将以上数据代⼊公式,得616970×1.8×0.04×2810= =27739(kg)W TNT 45000.37 /1000)R=13.6(W死亡半径TNT10.37×27.74=13.6=13.6×3.42=46.5(m)重伤半径R,由下列⽅程式求解:2-3-2-1-0.019 =0.137Z+0.269 Z+0.119 Z △ P22221/3 )/(E/P Z=R022△P=△P/P 02S式中:△P——引起⼈员重伤冲击波峰值,取44000Pa;S P——环境压⼒(101300Pa);0 E——爆炸总能量(J),E=W×Q。

水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验效果估算方法评估

水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验效果估算方法评估

水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验效果估算方法评估水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验效果估算方法评估水下接触爆炸是一种重要的海战作战形式,能够对舰船造成巨大的破坏。

为了提高舰船的抗爆能力,需要对水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤进行试验研究。

本文将介绍水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验效果估算方法评估。

对于水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验,常常采用爆炸试验技术。

该技术可以通过实际的爆炸试验来还原水下爆炸对舰船壳板的毁伤情况,帮助研究人员评估舰船在战争中遭受水下爆炸的可靠性。

在进行水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验时,需要考虑如下方面:首先,需要确定试验中使用的炸药类型、炸药重量和深度等参数。

这些参数需要根据实际情况进行确定,以便实现试验的真实还原。

其次,需要选择壳板试验件和试验设备。

这些试验件和设备必须符合试验要求,能够承受爆炸力量,不影响试验结果的真实性。

然后,需要进行试验前的模拟计算。

模拟计算可以模拟实际的爆炸情况,预测水下爆炸对舰船壳板的毁伤程度,为试验结果提供参考。

接着,进行试验操作。

试验操作需要谨慎、精细,该阶段的操作能够直接影响试验结果。

最后,需要对试验结果进行数据分析。

数据分析可以帮助研究人员更加清晰地了解水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤程度,以便进一步研究如何提高舰船的抗爆能力和减轻损害程度。

总之,水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验是一项重要的试验研究工作,对于提高舰船的抗爆能力有着重要的作用。

通过上述步骤进行进行毁伤试验效果估算方法评估,能够提高试验的准确性和可靠性,为舰船的抗爆设计提供参考。

为了更好地评估水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验效果,我们需要对相关数据进行分析。

以下是一些可能需要分析的数据:1. 炸药类型、重量和深度:这些参数可以直接影响试验结果。

通过对这些数据进行分析,我们可以更好地了解水下爆炸对舰船壳板毁伤的情况。

2. 试验件和设备:试验件和设备的质量和性能,对试验结果有着重要的影响。

水下近场爆炸对舰船结构瞬态流固耦合毁伤特性研究

水下近场爆炸对舰船结构瞬态流固耦合毁伤特性研究

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。

深水爆炸载荷数值仿真研究

深水爆炸载荷数值仿真研究

深水爆炸载荷数值仿真研究詹发民;姜涛;任佳宁;马贵义【摘要】为了更好地研究水下爆炸载荷的特点,应用AUTODYN有限元程序,通过数值仿真得出深水水下爆炸冲击波载荷、气泡脉动载荷以及冲量,并与经验公式计算结果比较,同时分析了近场水下爆炸条件下圆形壳体结构的损伤.数值模拟得到的二次脉动压力、气泡大小、脉动周期等均与经验值接近,水下冲击波和气泡脉动的冲量大小相当,表明应用AUTODYN是研究水下爆炸现象的有效手段之一.【期刊名称】《工程爆破》【年(卷),期】2013(019)006【总页数】4页(P9-12)【关键词】水下爆炸;数值仿真;AUTODYN【作者】詹发民;姜涛;任佳宁;马贵义【作者单位】海军潜艇学院,山东青岛266022;海军潜艇学院,山东青岛266022;海军潜艇学院,山东青岛266022;海军潜艇学院,山东青岛266022【正文语种】中文【中图分类】O344.71 引言水下爆炸载荷的主要形式为冲击波、气泡脉动以及表面空穴闭合二次加载〔1-5〕。

随着有限元数值计算的发展,数值计算方法已经成为水下爆炸载荷分析的重要手段之一。

AUTODYN早期的一阶Euler方法是基于 Hancock(1976)发展的,1995年AUTODYN引入了高阶Euler求解技术:多物质Euler-Godunov和单物质 Euler-FCT求解器,极大地丰富了AUTODYN的流体求解功能。

普通的一阶Euler方法主要用于解决流固耦合、气固耦合问题,而高阶多物质Euler-Godunov求解器主要用于模拟爆轰波的形成、传播以及对结构的冲击响应等,还可以模拟气泡的膨胀、压缩和射流的形成以及空泡水锤效应、浅水效应〔6〕。

本文应用AUTODYN有限元数值计算程序计算装药水下爆炸冲击波和气泡脉动压力,分析深水爆炸载荷特点以及近场条件下目标靶板的破坏情况。

2 水下爆炸载荷经验公式2.1 冲击波载荷峰值水中装药爆炸在任意一点的冲击波压力峰值为〔7-9〕:式中:Pm 为冲击波峰值压力,105Pa;K1、A1为系数,对于TNT,K1=533.3,A1=1.13;W 为装药量,kg;R为测试点距装药中心的距离,m。

水下爆炸冲击波经验公式

水下爆炸冲击波经验公式

水下爆炸冲击波经验公式
水下爆炸冲击波的经验公式为:
P = k * (Q / r^3)^(1/3)
其中,P表示冲击波压力,k为经验系数,Q为爆炸释放的能量,r 为距离。

这个经验公式表示了冲击波压力与爆炸释放能量的立方根成反比,与距离的立方成正比的关系。

这意味着,在相同的爆炸释放能量下,
距离越远冲击波压力越小,而释放能量越大冲击波的压力也越大。

水下爆炸冲击波的性质与水的密度、透明度等也有关系。

由于水
对冲击波的传播具有一定的吸收和衰减作用,如果水质比较清澈,则
冲击波传播的距离可能更远,因为水的吸收和散射较小。

但在密度较
大的水中,冲击波传播的距离可能会更近,因为密度大会减缓冲击波
的传播速度,但同时也会增加冲击波在水中的传播距离。

水下爆炸冲击波对周围环境和生物造成的影响也很大,需要注意
防范和控制爆炸冲击波带来的潜在危险。

水下爆炸

水下爆炸

网格的设 置
人工粘性 系数的选 择
三 无限水域下爆炸冲击波的数值模拟
无限水域中球形装药的爆炸问题可以简化为一维问题,AUTODYN可以 利用楔形单元模拟一维问题。与同样尺寸的二维、三维模型相比,采用一维 模型方法可以大大减小网格的数量,所以可以将网格划分的更细,这样既提 高了效率,又提高了精度。例如:100mm的的水域,每1mm划分一个网格
同空气中爆炸一样,水中爆炸也存在爆炸相似律, 对于水中冲击波压力有:
(1)
p f (Qv , 0 , p0 , r0 , w0 , cw0 , n, R, t )
量纲分析式为: M L2 M M M L p f ( 2 Qv , 3 0 , p0 , Lr0 , 3 w0 , cw0 , n, LR, Tt ) (2) 2 2 L T T L LT L T
四 深水爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟
问题的简化
静水压力与深度的关系:
dph g h dh
水介质中声速的计算公式:
密度随水深的变化
(1)
c
由上式联立可得:
dph d h
(2)
球形装药
水底反射 积分得:
d h


g d 2 h c 一维问题
ln
自由面反射
h gh 2 0 c
对于2000m处,密度也只有1.0085g / cm 所以密度随水深的变化可以忽略。
Polynomail 状态方程 的选取 网格大小不能随意设置,网格过大, 冲击波压力随距离增大衰减的越快, 误差增长快;网格越小数值模拟与经 Shock 验公式符合的越好,误差越小,但随 着网格的减小,时间步长越小,计算 水的Shock 状态方程为: 时间会成倍增加。所以计算时应根据 P PH (e eH ) 问题选择合适的网格,既要满足计算 v 精度又要提高效率。黄正平教授认为 其中: 数值模拟中引入粘性系数是为了光滑 在水下爆炸测试中,测量系统的采样 2 冲击波阵面,抑制在陡峭的压力峰值 0 c0 (1 u ) 1 PH u PH 速率是按峰压衰减时间常数内百采样 eH 2 后面尾随的振幅,过大的人工粘性系 1 1 u 2 0 (1 u ) 点确定的。为准确捕捉冲击波峰值压 数使峰值压力小于真实值,过小的粘 力,数值计算时容许的网格尺寸为: 为冲击波关系式,式中 和 c0 为常数,由以下 性系数难以抑制峰值后曲线的伪震荡, Cc /100 AUTODYN 中人工粘性系数一次项、 关系式确定: D d u 0 二次项分别为0.2和0.1 D 为冲击波速度, u 为波后质点速度。

水下爆炸载荷作用下水面目标局部毁伤计算研究

水下爆炸载荷作用下水面目标局部毁伤计算研究

3
挠曲变形计算实例
以某板架结构试验模型为例, 通过对其挠曲变
n m πx j πy U 2 = å 2π M 0i w 0 sin i + å 2π M 0j w 0 sin (3) B i=1 B L i=1 L
形进行计算, 阐明目标局部塑性变形抗毁伤能力的 计算过程。计算中为了不失一般性, 所采用的水下
2 A0 w0 + B0 w0 = E k
其中: γx 、 γ y 分别为 x 方向和 y 方向边界的固定程 度系数, 边界为刚性固定时取为 1; 边界完全自由
(2)
其中
n m
(9)
支持时, 板架在边界处不产生塑性铰, 因而取为 0; y 方向第 i、 j 根骨架梁的塑性 M 0i 、M 0j 分别为沿 x、 2) 板架弯曲变形能 U 2 3) 板架伸长变形能 U 3 极限弯矩。
Ship local structure damage effect subjected underwater explosion has been studied by using theory analysis and
mation and crevasse has been established. The structure damage effect of classical ship has been gained according those models and the results have been compared with experiment data. These show that those two methods have been achieved the same results in pro⁃ lation. underwater explosion, underwater target, damage, crevasse, experiment U664.2 tecting ship local structure damage effect. Those results have validated correctness of theory model and feasibility of numerical simu⁃ Key Words Class Number

水下爆炸载荷下舰船响应与毁伤研究综述

水下爆炸载荷下舰船响应与毁伤研究综述

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。

爆破地震波、水下爆破计算公式

爆破地震波、水下爆破计算公式

爆破地震波诫计算公式一、爆破安全规程:1、爆破安全允许距离:R=(K/V)1/α·Q1/32、爆破安全震速:V=K(Q1/3/R)α3、最大起爆药量:Qmax= R3(V/K)3/α二、冯叔瑜教授公式:V=K K’(Q1/3/R)αK’=0.2 ~0.3 其它按爆破安全规程取三、《特种爆破技术》安全与防护㈠爆破震动⑴质点振动速度V=K K’(Q1/3/R)αK’=0.2 ~0.3 其它按爆破安全规程取㈡塌落震动P35表2-4秦皇岛拆除爆破的振动观测数据:在24-120米以内:塌落震动/爆破震动=5.8~3.4倍即塌落震动=(5.8~3.4)×爆破震动㈢检验最大安全装药量:Qmax= R3(V/K K’)3/α㈣空气冲击波一般认为,冲击波的压力下降到180dB时便变成声压。

水下爆破一、水下爆破地震波计算公式:1、上海地震局经验公式:V=94(Q1/3/R)0.842、《工程爆破实用手册》P445⑴水下裸露爆破——炸礁装药总量Q= K V V—礁石总体积m3, K—取5-10kg/ m3,⑵水下殉爆和拒爆的预防:殉爆距离:φ25mm,35%的胶质炸药在45-60cm距离内可殉爆;同种炸药:间距2m偶尔殉爆;⑶水下爆破地震效应公式:αV=K(Q1/3/R)⑷水中冲击波及涌浪水中冲击波安全距离(水深不大于30米)Q≤1000kg时水中冲击波安全距离米Q≥1000kg时按下式计算安全距离(水深不超过30米)1/3⑸水深大于30米时,按库尔公式计算水中冲击波超压峰值:库尔公式:P S=53.3(Q1/3/R)1.13 , [MPa]柯克伍德公式:P S=52.7(Q1/3/R) , [MPa]。

水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验效果估算方法评估

水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验效果估算方法评估

水下接触爆炸对舰船壳板的毁伤试验效果估算方法评估陈海龙;周姝;孙丰;王喆【摘要】水下爆炸载荷使船体壳板产生破口及沿破口的破损区域,国内外学者针对该问题做了大量的试验研究并提出了破损半径及破口半径估算方法.利用LS-DYNA 对典型舱段的底部及舷侧接触爆炸工况进行数值试验,并将数值试验结果与估算方法结果相对比,说明采用修正吉田隆破口估算公式和鱼雷水下接触爆炸破损半径经验公式对水下接触爆炸使船体壳板产生破口的估算更为准确.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2013(035)010【总页数】5页(P33-37)【关键词】水下接触爆炸;壳板结构;试验研究;估算方法【作者】陈海龙;周姝;孙丰;王喆【作者单位】哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】U661.440 引言舰船在作战或执行任务过程中可能面临水下武器的近距离甚至接触爆炸攻击。

区别于水下非接触爆炸[1-2],舰船水下接触爆炸的定义还没有量化的标准。

从直观上看,当攻击武器爆炸距离为0,即直接撞击到舰船壳板上起爆,显然应该定义为接触爆炸。

然而,从舰船接触爆炸结构破坏机理以及接触爆炸与近场非接触爆炸的壳板响应物理过程来看,在一定药量下,使舰船外板产生破口和沿破口的塑性变形区域,涌流、破片等爆轰产物同时对舰船内部产生破坏的爆炸工况定义为接触爆炸,更加符合工程估算的意义。

舰船在遭受到接触爆炸攻击后,船体外板将产生破口及沿破口一定范围的凹陷及裂纹区[3-4],局部毁伤效应比较明显。

接触爆炸作用下舰船的生命力损失也直接源于爆炸位置所形成的破损区域。

因此,舰船外舷在接触爆炸作用下的破损区域大小成为研究舰船接触爆炸损伤环境的首要问题[5-7]。

如何在给定舰船外板及其加强筋的基本属性参数后,快速估算出不同水下接触爆炸工况下的破损区域尺寸,给出一个合理的工程化预报参考值,对于舰船结构的初步设计有重要意义。

水下爆炸冲击波作用下空气背衬平板的运动

水下爆炸冲击波作用下空气背衬平板的运动

量 为 m 的无 限平板 受到平 面冲击 波 的作用 , 下 爆 水 炸产 生 的入射 冲击波 压力 时程 P( ) ( ) 表示 it用 1 式
P( )= m , .t P e () 1
P ) .
式 P:2 6 1” 峰 压 M ;为 中 m 5 1f 为 值 力(P) . 硼 装 量 k ; 距 m ;:6 f 1 药 ( ) 为 离() 9 5t g . 门
( . ini a u ,Na a Unv ri f gn eig ini 0 4 0,Chn ; 1 Ta j C mp s n vl ies yo ie r ,Ta j 3 0 5 t En n n ia 2. e at n f v lA c i cu ea d Oca n ie r g D p rme to a rht tr n en E gn ei ,Na a nv ri fE gn eig,Wu a 3 0 3,Hu e ,C ia Na e n v lU ies yo n ie r t n h n4 0 3 b i hn ) Ab ta t s r c :Th v h o eia o mu a b u h e p ns farba k d pa e p ae t h h c v e wa e t e r tc lf r le a o tte r s o e o i c e ln lt o t e s o k wa e
关键 词 : 炸力 学 ;水 下爆 炸 ;冲 击波 ;空气背衬 平板 ;一维 平面 波 爆
中 图 分 类 号 : 6 16 3 2 1 U 6 . ;0 8 . 文 献 标 志 码 : 文 章 编 号 :10 - 9 ( 0 2 0 -8 1 5 A 0 01 3 2 1 ) 70 3 - 0 0

近场水下爆炸气泡射流载荷冲击船体外板的动响应分析

近场水下爆炸气泡射流载荷冲击船体外板的动响应分析

近场水下爆炸气泡射流载荷冲击船体外板的动响应分析姜忠涛;李烨;庞学佳;王诗平【摘要】基于ABAQUS软件中的耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法,模拟近场水下爆炸气泡射流载荷对船体外板的冲击过程,将CEL算法的数值结果与Obara试验结果进行对比,验证数值方法的有效性.在此基础上对水下爆炸射流的载荷压力特性、射流的速度分布特性及射流引起的结构剪应力分布特性进行研究,旨在为实际海战中船体外板遭受水下爆炸射流载荷的抗冲击设计提供一定参考.%Based on the coupled Euler-Lagrange (CEL) algorithm in the software ABAQUS,processes of near field underwater explosion bubble jet load impacting hull plates were simulated.The numerical results of CEL algorithm agreed well with Obara'test ones,so the effectiveness of the numerical method was verified.Then,the load pressure characteristics of underwater explosion jet,jet velocity distribution features and the distribution features of structural shear stress induced by jet were investigated.The results provided a reference for the anti-impact design of hull plates against underwater explosion jet load in practical sea-battles.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)009【总页数】7页(P214-220)【关键词】水下爆炸;射流载荷;船体外板;动响应分析【作者】姜忠涛;李烨;庞学佳;王诗平【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;湖南磁浮技术研究中心有限公司,长沙410000;中国船舶重工集团公司第七0三研究所,哈尔滨150078;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】O383+1船体结构在遭受近场水下爆炸气泡射流的冲击作用时,首当其冲的应当是其船体外板,船体板架根据不同的水下工况自然会产生不同的弹性或者塑性响应。

水下爆炸气泡射流对壳板毁伤的计算方法

水下爆炸气泡射流对壳板毁伤的计算方法

水下爆炸气泡射流对壳板毁伤的计算方法
岳永威;孙龙泉;王超;崔杰
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2012(034)010
【摘要】导出气泡射流速度及其与壁面作用周期的计算公式,并对舰船典型舱段进行了水下爆炸试验,探究典型工况下气泡射流对船体板架的毁伤效应与适用于工程计算的方法.结果表明,水下爆炸产生的气泡射流在船体局部产生的毁伤比冲击波更强,并且射流驻压是导致结构破坏的主要原因.导出的射流作用周期以及将射流载荷按正弦波形式处理的方法,具有一定的工程计算精度.数值计算与试验结果对比,估得典型工况下射流峰压值的量级,它与经验公式计算值相吻合.该方法可为相关的水下爆炸试验提供参考.
【总页数】6页(P3-8)
【作者】岳永威;孙龙泉;王超;崔杰
【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】U661.44
【相关文献】
1.固支方板在水下爆炸气泡射流作用下动态响应 [J], 牟金磊;李海涛
2.水下爆炸气泡对内加筋圆柱壳结构毁伤机理分析 [J], 汪浩;王先洲;刘均;程远胜
3.水下爆炸气泡射流作用下固支方板动态响应的数值仿真研究 [J], 孟涛;王伟力;牟金磊;朱锡
4.水下爆炸气泡及其对结构毁伤研究综述 [J], 姚熊亮;刘文韬;张阿漫;刘云龙
5.水下爆炸气泡载荷对舰船的总体毁伤研究 [J], 张弩;宗智
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳毁伤特性实验与数值研究

水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳毁伤特性实验与数值研究

水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳毁伤特性实验与数值研究一、内容综述随着科学技术的不断发展,水下工程在国防建设、海洋资源开发和环境保护等方面发挥着越来越重要的作用。

然而水下环境中的爆炸冲击波和气泡载荷对结构物的安全性能提出了更高的要求。

加筋圆柱壳作为一种常用的水下结构形式,其毁伤特性对于评估水下环境的安全性具有重要意义。

因此本文针对水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳的毁伤特性进行了实验与数值研究。

首先本文回顾了水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳的毁伤特性研究现状,分析了现有研究成果在实验方法、模型简化和计算精度等方面的不足之处。

在此基础上,本文提出了一种新的实验方法,以提高研究的可靠性和准确性。

同时本文还对现有的水下结构模型进行了简化处理,以降低复杂度,便于后续的数值分析。

其次本文通过实验验证了所提出的新方法的有效性,实验中采用高速摄影技术记录了加筋圆柱壳在水下爆炸冲击波和气泡载荷作用下的变形过程。

通过对实验数据的分析,揭示了加筋圆柱壳在不同工况下的毁伤特性,为进一步的数值模拟提供了有力的支持。

本文基于所提出的实验方法和模型,利用有限元软件对加筋圆柱壳在水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下的毁伤特性进行了数值模拟研究。

结果表明加筋圆柱壳在水下爆炸冲击波和气泡载荷作用下的毁伤程度与其几何尺寸、材料性能和初始损伤状态等因素密切相关。

此外本文还对数值模拟结果进行了对比分析,验证了所提出的方法的有效性。

本文通过对水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下加筋圆柱壳的毁伤特性进行实验与数值研究,为评估水下环境的安全性能提供了有力的理论依据和技术支持。

A. 研究背景和意义随着海洋工程、船舶制造、石油化工、水下军事等领域的快速发展,水下结构的安全性能日益受到重视。

在这些领域中,圆柱壳结构的使用非常广泛,如船舶螺旋桨、水下管道、石油钻井平台等。

然而由于水下环境的特殊性,圆柱壳结构在受到冲击波载荷和气泡载荷作用时,其破坏形式和破坏程度往往受到很大影响。

水下物体非接触爆炸损伤过程的数值计算

水下物体非接触爆炸损伤过程的数值计算

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。

水下爆炸船体结构响应间断伽辽金法数值模拟

水下爆炸船体结构响应间断伽辽金法数值模拟

水下爆炸船体结构响应间断伽辽金法数值模拟于福临;郭君;姚熊亮;任少飞【摘要】In order to solve the underwater explosion flow field with large discontinuities, Level Set method was applied to track the interface position of the multi⁃medium flow, Ghost Fluid method was used to calculate the physical parameter of both sides of the interface, time and space were discretized by Runge⁃Kutta Discontinuous Galerkin Method, Euler equations of the flow field were solved. One⁃dimensional andtwo⁃dimensional assessments were conducted by RKDG approach. The results reflect the phenomena of underwater explosion shock wave generation, propagation, reflection and explosion products expansion. Finally, the shock responses and damage characteristics of hull plates under shock load were simulated with the nonlinear FEM softeware ABAQUS. The RKDG method can be applied to simulate the hull plates response with high accuracy. The response of hull plates is inversely proportional to the blast center distance.%为求解水下爆炸强间断流场,采用Level Set方法定位多相流界面位置,应用虚拟流体方法处理邻近界面两侧物理量,并用RKDG方法进行空间和时间的离散,求解流场的Euler方程,并进行一维、二维评价,计算结果能够较好地反映水下爆炸冲击波产生、传播、反射和爆炸产物的膨胀等现象。

水下爆炸焊接修补实验与分析

水下爆炸焊接修补实验与分析

第21卷 第1期2004年3月爆 破B LASTINGVol.21 No.1 Mar.2004 文章编号:1001-487X (2004)01-0077-03水下爆炸焊接修补实验与分析陈晓强,张可玉,詹发民,段 宇(青岛海军潜艇学院防救系,山东青岛266071)摘 要: 简要叙述了爆炸焊接的发展和应用情况,总结了爆炸焊接在水下修补作业中应用的优点。

通过水下爆炸焊接实验,分析了爆炸焊接的结果,验证了水下爆炸的可行性。

关键词: 爆炸; 爆炸焊接; 水下修补中图分类号: TD 253.1 文献标识码: AExperiment and Analysis of U nderw ater Explosive Welding R epairingCHEN Xiao 2qiang ,ZHA N G Ke 2yu ,ZHA N Fa 2m i n ,DUA N Y u(Department of Rescue and Salvage ,College of Qingdao Naval Submarine ,Qingdao 266071,China )Abstract : The development and application of explosive welding are introduced ,and the merits of ex plosivewelding used in underwater repairig are summarized.The results of ex plosive welding test are analyzed and the fea 2sibility of underwater explosive welding used in repairing is verified.K ey w ords : explosion ;explosive welding ;underwater repairing收稿日期:2003-12-12.作者简介:陈晓强(1976-),男;青岛:海军潜艇学院防救系硕士研究生,讲师.1 引 言在海洋事业不断发展的今天,水下工程日益增多,作为水下作业技术中的一个重要组成部分,水下焊接技术逐渐被广泛的应用。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
tpia o d to y c lc n iin
2 1 模 型 设 计 及 试 验 过 程 .
首先对 舰 船 的特 征 舱 段 进 行 设 计 ,为 了满 足 试

8・






Meh nc ,0 7, 1 2) 2 1—2 8 c a is 2 0 1 ( : 5 5.
式中 :
为药 包质 量 ,k ; 为 气 泡 能 量 衰减 系 数 ; g
板 架 的载 荷 P ( ) 为 正 弦 波 形 式 。式 ( ) t 8 中 为
正 弦 波 的 固 有 圆 频 率 ,A 为 正 弦 波 幅 值 。
。 ;
R为气泡 半 径 ,m;可利 用下 式计 算 :
远 大于 由冲击波和气 泡脉动载荷 造成 的永 久变形 。本
文 基 于 上 述 思 路 ,设 置 典 型 试 验 工 况 ,对 舰 船 典 型 舱
行 了研 究 。研 究 表 明 ,气 泡 射 流 的作 用 明 显存 在 2
个 阶 段 , 即 水 锤 压 力 及 驻 波 压 力 , 本 节 使 用 球 对 称

Lr l =m 。 rR i P
,( 5 )

这 也 很 好 地 验 证 了 Pest 于 射 流 的 理 论 分 析 。 l e关 s
通 过多 组 计 算 发 现 ,后 阶段 射 流 作 用 主 要 是 近 似
正 弦波 形 式 ,因 此 本 文 假 设 气 泡 射 流 作 用 于 船 体
[ ] 牟 金 磊 , 锡 , . 下 爆 炸 气 泡 射 流 现 象 的 试 验 研 究 2 朱 等 水
[ ] 哈尔 滨 工 程 大 学 学 报 ,0 0 3 ( ) 14—18 J. 2 1 ,1 2 :5 5.
MU i— i HU Jnl ,Z Xi e a. E p r na su y fjt e , t 1 x ei tl td o es me
r 2 O ×1 6 占 ・ 8 0 W

压 力 ,但 作 用 时 间 极 短 ,总 的 冲 量 较 小 ,不 是 造 成 结构 损 伤 的 主 要 原 因 。 后 一 阶 段 作 用 力 虽 然 较 小 ,但 持 续 时 间 较 长 ,是 造 成 毁 伤 的 主 要 原 因 ,
{m 1 /… 2
16 0
2. 5
结 果做对 比分析 ,考 核所推导 的射流 载荷 脉宽及其 作
用 形式 的有 效性 。图 3为试验气 泡射 流对板 架 的毁 伤
效 果示意 图 。
内 底
15 ・

是 1 . o

05 ・
O 10 5
2o o t / ms
20 5
3o 0
图 3 气 泡 射 流 对 结 构 的 损 伤 示 意 图
3 通过数 值 计 算 与 试 验 结 果 的 对 比 ,估 得 本 )
试验 工况 下 的射 流 峰压 值 大 致 在 1 6 M a附近 ,该 . P 值可 为相 关 的水下 爆炸试 验 提供参 考 。 气泡 射流 与壁 面 的作 用是 一个 复杂 的物 理过 程 , 虽然 国 内外有许 多 学者致 力 于气泡 射流 理论 的研 究 ,
o c l d ia s el t cue u jce t wae jt f n yi rc l h l r tr s be td o n s u tr e o
u d r a r e poi b b l o a s R] n e t x ls n u be l p e[ .Wu i 7 2 w e o c l x: 0
3 8 [
式 中 :H为 药包 水深 ,m。
t S 的表达 式 : ) (
t : j i
oi s


根据式 ( ) 5 和式 ( ) 最 终 导 出射 流作 用 周 期 6 可
2 射 流 计 算 模 型试 验 验 证
水 下爆炸 时气 泡溃塌 引起的高速射 流撞 击船体 板 架 ,可造 成壳 板结构 的永久变形 甚 至破 口。对于爆 距
I siue o n tt t fCSI C.
[ G B O . ait n bb l erbu dr s J . 7] IS N D C C v ao u be na o nai [ ] ti s e
An Re Fl i e h, 98 1 : 一 l 3. n. v, ud M c 1 7, 9 99 2
=土 =— — — — — — — 一 。 —— —— ——
: — 。
I7
() 7 7
3 竹 V 11 ,
.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4 2 [
近 、药量 小的工况 ,其 前期高频 冲击 波未 能使结构 产 生大 区域 塑性损伤 ,气 泡射流 的二次 加载却 能造成 壳 板 严重 变 形 。根据 相 关 文献 的结 论 :工 程 问 题 中小药 量的药包爆 炸产生 的射 流可 能对结 构造成 严 重 的局部毁 伤 。当小药 量药包距 离结 构 比较 近时 ,冲 击 波和气泡 脉动压力 载荷会使 圆柱壳结 构发 生整体 变 形 ;气泡贴 近壳壁或 与壳 壁 的距 离很小 时发 生 的高 速
ZHANG ma YAO Xi g la g Th a o h n r t r A— n, n —i n . e lw fte u dewae
ep s nb bl m t nna f esr c [ ] A t P yia xl i u be oo er r uf e J . ca hs oo i e a c
段 实尺度模 型进行水 下爆炸试 验 。并 对该舱 段进行 数
值 计算 ,将 舱段底部 板架 的损伤 变形模 式 与数值计 算
计 算模 块计 算 14 g的 T T在 1 8 6 m水 深 处 爆 . 5k N 7 .
炸 ,爆 心距 壁 面 15 m,计 算 得 到 近 壁 面 气 泡 边 界 . 压 力计算 结 果时 历 曲线 ,如 图 2所示 。
Snc ,0 8 5 1 :3 iia 2 0 ,7( ) 3 9—3 3 5.
1 水下爆 炸产生 的气泡在船体壁面的诱导下形成 ) 的高速射 流将 对船 体局 部 产生 比冲击 波 更强 的毁伤 , 并且射流持续驻压是对结构产生破坏 的主要原因。 2 射流对结构 的作用 可 当作 一个 冲击 水 柱 的物 ) 理过程 。从 试验 中板 架的损伤 变形来 看 ,本文 得 出的 射流作用 周期 以及将 射流载荷按 正弦 波形式处 理 ,对 水下爆 炸气泡射流 的计算具有一定 的工程意义 。
因此气 泡射 流 载荷 可 以用 面 载荷 分 布 力 表 示 ,只是
其 载荷 形式 目前 并 没 有 得 到 解决 。本 文 基 于数 值 方 法 ,采 用 A T D N 软件 对 近 壁 面 气 泡 射 流 作 用 进 UO Y
射 流会给 局部结构 强烈的 冲击 ,冲击 造成 的永久 变形
1 71. 9 47: 8 —2 20 93.
[] 王海坤 , 6 张效 慈 , . 等 圆柱 壳 结 构 在 水 下 爆 炸 气 泡 崩 溃 水
射 流 作 用 下 的 损 伤 研 究 [ . 锡 : 船 重 工 集 团 公 司 R] 无 中
第 7 2研 究 所 . 0
W ANG H a— un,ZHANG Xio c , t 1 ik a ・ i e a .Da g r s a c ma e e e r h
第3 4卷
由试 验 数 据 以 及 仿 真 试 验 对 比 图 可 以 看 出 , 气泡射 流对 船底 板 架 的毁 伤作 用 与 冲击 波类 似 , 只造 成 结 构 局 部 的 破 坏 ,但 其 作 用 冲 量 要 远 大 于 冲击 波 载 荷 ,容 易 对 船 底 板 架 造 成 更 强 烈 的 破 坏 ,
Chn s J u n l f T e r t a a d p l d iee o ra o h o e i l n A p i Me h n c , c e c a i s
射 流与 壁 面相互 作 用 的过程 。基 于 大量 关 于 气 泡 射
流 的文 献 ,导 出适合 水 下 爆 炸 工 程计 算 的射 流 与 壁 面作 用 周期公 式 及 射 流 载荷 形 式 。通 过 舰 船 典 型舱
o ri n ie r g U ies y 2 0, 1 2):5 fHabn E gn ei nv ri ,01 3 ( n t 1 4—1 8 5.
[ ] 张 阿 漫 , 诗 平 , . 同环 境 下 气 泡 脉 动 特 性 实 验 研 究 3 王 等 不 [ ] 力 学 学 报 ,0 14 ( ) 7 —8 . J. 2 1 ,3 1 :1 3
1 2 射 流 载 荷 形 式 的 确 定 .
我 们 已将 射 流 与 壁 面作 用 形式 处 理 为 一股 垂 直
冲击 的水 柱 ,并 且认 为气 泡 射 流 引 起 结构 损 伤 的主
要 原 因是 水 流 驻 压 ,水 柱 的 冲 击 面 积 远 小 于 整 个 船
体板 架 结 构 面 积 ,可 以处 理 为 一 个 小 的 圆形 面 域 。
ZHANG m a W ANG hipi g, t a . pe i e a t dy A— n, S — n e 1 Ex rm nt l s u
3 结 语
采 用 高 速摄 像 机 观测 了电 火花 放 电产 生 的气 泡
o u b u e e t e u d r iee t i u t cs J . nb b l p l a rs n e df rn c c ms n e [ ] e sf u f r a
[ ] P E S TM S e a. o as f niia ysh r a vpr 5 L S E ,t 1C l peo a t l p ei l a o l n il c cvyi teni brodo oi bu dr J ,F ai h eg oho fasl on a t n h d y[ ] J M,
相关文档
最新文档