基于LS-DGF-DG方法的船体板架结构近场水下爆炸毁伤特性研究

发布时间：2019-09-20 05:23

【摘要】：基于可压缩流体力学基本理论,采用间断迦辽金(DG)方法结合直接虚拟流(DGF)方法和水平集(LS)方法(LS-DGF-DG方法),首先建立水下爆炸爆轰模型,对不同装药形式的水下爆炸冲击波载荷进行对比研究,分析讨论装药形状对冲击波载荷特性和爆轰产物初始形态的影响,随后将数值结果与经验公式进行对比,验证LS-DGF-DG计算程序的有效性,最后通过非线性有限元软件ABAQUS建立船体加筋板架模型,将LS-DGF-DG计算得到的近场水下爆炸载荷传输给ABAQUS,模拟加筋板架结构在近场水下爆炸载荷作用下的毁伤过程,并将计算结果与实验进行对比分析,总结相关规律。结果表明:起爆初期,柱形装药逐渐形成椭球形的爆轰产物,最终膨胀为球形;装药径向的冲击波压力峰值高于轴向,柱形装药的冲击波压力峰值高于球形装药的压力峰值;在近场水下爆炸载荷的作用下,加筋板架结构出现塑性大变形和剪切破坏的现象,数值结果与试验值吻合良好;加强筋的强弱对板架结构的破坏模式和塑性变形程度有较大影响,加强筋较强,破坏首先从加强筋位置出现,加强筋较弱,破坏主要出现在固支边界处。
【图文】：

构的毁伤特性，LS-DGF-DG-FEM联合算法的计算过程(见图1)。具体的计算过程如下所述:建立二维轴对称LS-DGF-DG爆轰模型，装药起爆后迅速形成爆轰产物并释放冲击波，在结构所在位置处记录冲击波压力载荷时历曲线;冲击波压力载荷得到后程序转到ABAQUS软件，将压力载荷曲线施加在结构与水域的耦合面上，通过ABAQUS有限元软件计算结构非线性动态响应。为了充分考虑结构对流场中载荷分布的影响，在ABAQUS有限元软件中选用散波公式进行计算，结构响应由入射波和散射波的响应叠加。ABAQUS软件中的具体操作过程详见文献［9］。图1LS-DGF-DG-FEM联合算法求解近场爆炸示意图Fig．1LS-DGF-DG-FEMmodelofahullgrillagesubjectedtonear-fieldunderwaterexplosion2水下爆炸载荷数值模拟鱼雷等水下攻击型武器多为柱形装药，而之前有关水下爆炸的研究大多基于球形装药模型，或将柱形装药等效为球形装药，然而装药形状对载荷特性具有一定的影响，所以考虑装药的起爆形状是十分必要的。本文首先探讨了球形装药和柱形装药对水下爆炸载荷的影响，数值模型见图2，，图中水域的尺寸a=2．4m、b=4．0m，采用球形装药和等截面的柱形装药，球形装药半径r=0．1m，装药截面半径d=0．0667m，装药长度l=0．3m。坐标系见图2，o点为坐标原点，装药中心的坐标为(0，2．0)，冲击波压力测点A的坐标为(0．5，2．0)，测点B的坐标为(1．0，2．0)，测点C的坐标为(0，2．5)，测点D的坐标为(0，3．0)。模型采用均匀分布的四边形网格，共计384000个网格。球形装药和柱形装药起爆方式均为中心点起爆。图2数值模型Fig．2Numericalmodel66振动与冲击2016年第35卷

浇鈉屑扑悖?结构响应由入射波和散射波的响应叠加。ABAQUS软件中的具体操作过程详见文献［9］。图1LS-DGF-DG-FEM联合算法求解近场爆炸示意图Fig．1LS-DGF-DG-FEMmodelofahullgrillagesubjectedtonear-fieldunderwaterexplosion2水下爆炸载荷数值模拟鱼雷等水下攻击型武器多为柱形装药，而之前有关水下爆炸的研究大多基于球形装药模型，或将柱形装药等效为球形装药，然而装药形状对载荷特性具有一定的影响，所以考虑装药的起爆形状是十分必要的。本文首先探讨了球形装药和柱形装药对水下爆炸载荷的影响，数值模型见图2，图中水域的尺寸a=2．4m、b=4．0m，采用球形装药和等截面的柱形装药，球形装药半径r=0．1m，装药截面半径d=0．0667m，装药长度l=0．3m。坐标系见图2，o点为坐标原点，装药中心的坐标为(0，2．0)，冲击波压力测点A的坐标为(0．5，2．0)，测点B的坐标为(1．0，2．0)，测点C的坐标为(0，2．5)，测点D的坐标为(0，3．0)。模型采用均匀分布的四边形网格，共计384000个网格。球形装药和柱形装药起爆方式均为中心点起爆。图2数值模型Fig．2Numericalmodel66振动与冲击2016年第35卷
【作者单位】： 哈尔滨工程大学船舶工程学院;
【基金】：国家自然科学基金(U1430236;51479041;51279038)
【分类号】：U674.70

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本文编号：2538571