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        沉底水下爆炸作用下艦船結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)數(shù)值模擬

        2013-04-29 15:14:12王樹樂(lè)陳高潔
        關(guān)鍵詞:甲板艦船峰值

        王樹樂(lè) 陳高潔

        摘 要:該文利用ABAQUS軟件,對(duì)某實(shí)船模型在沉底水下爆炸載荷作用下的動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果顯示將沉底水下爆炸載荷等效成無(wú)限流場(chǎng)載荷的1.7倍是可行的,而縱向應(yīng)變峰值跟結(jié)構(gòu)的材料屬性和結(jié)構(gòu)方式有很大關(guān)系,材料厚度越大,加筋結(jié)構(gòu)相對(duì)密集,則縱向應(yīng)變峰值越小。

        關(guān)鍵詞:水下爆炸 仿真計(jì)算ABAQUS

        中圖分類號(hào):U661.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2013)02(c)-0-01

        水下爆炸問(wèn)題涉及多個(gè)領(lǐng)域,整個(gè)過(guò)程十分復(fù)雜,使得大部分實(shí)際問(wèn)題很難得到解析解。而隨著計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算方法的不斷發(fā)展進(jìn)步,水下爆炸數(shù)值研究得到了各國(guó)軍方和學(xué)術(shù)界的高度重視,可對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行重復(fù)細(xì)致的研究,已成為研究水下爆炸現(xiàn)象及機(jī)理的一項(xiàng)重要手段。

        程素秋[1]等通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)值仿真方法對(duì)沉底爆炸載荷作用下圓柱結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行了研究,將仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比對(duì),吻合度比較好。

        杜志鵬[2]等為預(yù)測(cè)沉底裝藥爆炸產(chǎn)生氣泡的最大半徑和脈動(dòng)周期,在理論研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)AUTODYN軟件數(shù)值模擬了水下剛性壁上裝藥爆炸產(chǎn)生氣泡的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并將數(shù)值結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行了比對(duì),吻合度較好。

        B.V.Zamyshlyayev[3]對(duì)沉底水下爆炸規(guī)律進(jìn)行了研究,提出應(yīng)將沉底爆炸簡(jiǎn)化為無(wú)限水域水下爆炸,將沉底載荷等效為無(wú)限水域載荷的107倍。

        姚熊亮[4]等利用SPH方法對(duì)沉底水雷爆炸威力進(jìn)行了數(shù)值仿真,對(duì)峰值壓力反射系數(shù)和爆炸流場(chǎng)參量進(jìn)行了細(xì)致的研究,認(rèn)為海底反射系數(shù)水平線夾角有關(guān),最大可達(dá)1.5.

        鄭思頊[5]利用ABAQUS軟件對(duì)水下爆炸載荷作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)進(jìn)行了研究,驗(yàn)證了ABAQUS軟件模擬結(jié)構(gòu)受水下爆炸載荷作用彈塑性響應(yīng)的有效性和準(zhǔn)確性。該文利用ABAQUS軟件,數(shù)值模擬了某型船在沉底水下爆炸載荷作用下的動(dòng)響應(yīng),對(duì)沉底水下爆炸規(guī)律進(jìn)行了探索。

        1 計(jì)算模型簡(jiǎn)介

        該文以某型艦船實(shí)船為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行了整船建模。船長(zhǎng)59 m,型寬8.5 m。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格大小0.25 m,水域內(nèi)部網(wǎng)格0.15 m,均勻向外輻射,總網(wǎng)格數(shù)2577245個(gè)。建模流程采用ProE建立幾何模型,Hypermesh建立有限元模型,ABAQUS完成數(shù)值計(jì)算。計(jì)算工況采用1000kgTNT船中舷側(cè)70 m沉底爆炸。

        2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

        測(cè)點(diǎn)選擇船中橫剖面與總縱剖面交點(diǎn)處,船底、平臺(tái)和甲板三個(gè)節(jié)點(diǎn),對(duì)加速度和應(yīng)變進(jìn)行了對(duì)比分析,如表1和圖1所示。

        加速度峰值從船底至甲板遞減,船底加速度峰值為甲板的5倍,結(jié)構(gòu)的減震效應(yīng)比較明顯;應(yīng)變峰值甲板比船底高,主要原因是這兩處材料屬性和結(jié)構(gòu)加強(qiáng)方式不同,船底板較厚,且船底縱桁和肋骨構(gòu)成的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)作用較強(qiáng),而甲板板較薄,且沒(méi)有縱桁的加強(qiáng),所以應(yīng)變峰值比較大。

        3 結(jié)語(yǔ)

        (1)該文將沉底水下爆炸載荷等效為無(wú)限流場(chǎng)1.7倍載荷,使用ABAQUS軟件數(shù)值模擬了艦船的動(dòng)響應(yīng)。從數(shù)值結(jié)構(gòu)分析,比較符合水下爆炸規(guī)律。

        (2)計(jì)算結(jié)果顯示:加速度峰值從船底至甲板遞減,而應(yīng)變峰值跟材料的屬性和附近的結(jié)構(gòu)形式以及載荷強(qiáng)度有關(guān)。一般是材料厚度越大,加筋結(jié)構(gòu)相對(duì)密集,則縱向應(yīng)變峰值越小。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 程素秋.遭受沉底爆炸載荷作用下的圓柱結(jié)構(gòu)沖擊損傷計(jì)算[J].艦船科學(xué)技術(shù),2008(12).

        [2] 杜志鵬.水下剛性壁裝藥爆炸氣泡簡(jiǎn)化模型和數(shù)值仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真,2009(4).

        [3] Zamyshlyayev B V.Dynamic loading in underwater explosion[R].AD-757183,1973.

        [4] 姚熊亮.沉底水雷爆炸威力的數(shù)值計(jì)算[J].爆炸與沖擊,2011(3).

        [5] 鄭思頊.水下爆炸沖擊波對(duì)船體結(jié)構(gòu)的損傷研究[D].擊大連理工大學(xué),2008.

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