水下接触爆炸作用下双层防护结构瞬态动力分析方法研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dzluzd2009
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水下接触爆炸是指装药点距离舰船结构较近、爆炸作用可对船体造成严重损伤的水下爆炸。近年来,随着武器精确制导技术的发展,舰船在服役期间遭受水下接触爆炸的风险逐渐升高。为了对水下接触爆炸做出有效防护,保证舰船在遭受接触爆炸后仍具有一定生命力,许多国家都在积极探索和发展新型舰船结构。然而,水下接触爆炸具有爆炸过程复杂、载荷种类繁多、非线性强等特点,现有的数值仿真算法还有一定的不足。对此,本文根据水下爆炸载荷的特点,对水下接触爆炸的数值模拟方法进行了研究,并探讨了不同结构形式的抗爆性能优劣。首先基于Navier-Stokes方程的有限差分格式,对水下气泡脉动过程进行数值模拟,实现了一种能够精确处理复杂形状自由液面边界的数值算法。针对当前气泡脉动仿真算法计算效率低下的情况,提出一种近场压力边界条件,通过势流理论对压力边界外的流场进行简化,从而有效提高了算法的计算效率。将计算结果分别与理论公式和实验数据进行对比,证明了该算法的可靠性与高效性。最后,对近壁气泡脉动和射流过程进行了批量数值模拟,总结了装药量和装药位置对射流尺寸、速度等参数的影响规律。基于气泡脉动模拟得到的射流冲击参数,提出了一套冲击波-射流联合作用下的双层结构动态响应模拟的计算流程。这部分研究主要基于Msc.Dytran有限元求解器。首先将射流冲击作用进行单独模拟,得到冲击载荷在时间和空间上的分布;再通过用户子程序将该载荷加载到冲击波作用流固耦合模型中;同时,用户子程序还定义了外壳破坏、双层壳间进水后的内壳受力情况;此外,模型还考虑了双层壳间的接触作用和材料的屈服与破坏效应。应用该计算流程对“I”形双层结构和“Y”形双层结构进行批量计算,分析了各种结构设计参数对其抗爆能力的影响,并通过对比证明了“Y”形抗爆结构的优越性。最后对板架结构受射流冲击作用的流固耦合过程进行数值模拟,总结了不同强度的射流冲击作用下结构的三种破坏模式。
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