舰载导弹在水下爆炸作用下的冲击环境数值仿真
发布时间：2021-07-30 07:20
采用Ansys/Ls-dyna动力分析软件,针对水下爆炸对大型航空母舰的冲击响应过程及对其内舰载导弹的冲击环境问题进行数值模拟。引入冲击环境谱分析研究方法,建立航母的1∶1尺寸有限元模型以适用于冲击动力响应分析;研究水下爆炸对航母结构的冲击响应过程,分析航母导弹贮存典型位置处的冲击环境并给出了加速度谱。结果表明:水下爆炸会对航母结构造成较大冲击,舰体中间位置底部冲击响应最明显,航母整体结构表现出鞭状运动响应的特征;典型舰载导弹贮存位置处的冲击谱值较大,为了导弹的贮存安全,导弹装载平台应设置缓冲减振装置;冲击强度从底板往上开始衰减迅速,而后衰减渐趋于平缓。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(21)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
有限元模型Fig.2Finiteelementmodel
Gruneisen状态方程。参数的选取可以参见文献[15–16]。建立的有限元计算模型整体效果如图2所示。图2有限元模型Fig.2Finiteelementmodel目前大多数反舰导弹及鱼雷等的TNT当量都在100～500kg之间，能对舰体造成较大影响的爆距大约在50m以内。基于此，本文研究300kgTNT当量炸弹在航空母舰底面下20m处爆炸时对航母的冲击。监测点位置如图3所示。图3导弹贮存平台监测点位置示意图Fig.3Mapofmonitoringpointlocationofmissilestorageplatform3冲击响应过程分析TNT当量为300kg的炸弹在距航空母舰舰底20m距离处爆炸时，航母的响应过程如图4所示（位移云图的单位为m）。当冲击波传至舰底，舰底中心地带的外板及龙骨首当其冲并产生竖直向上的位移，如图4（a）所示。响应迅速向舰顶及舰两端传播，如图4（b）所示，舰体中部产生的竖向位移继续增大，同时向舰体两端传播；当舰体中部位移达到最大，如图4（c）所示，位移响应开始下降，而两端的位移开始增大，如图4（d）所示，类似于鞭状响应[9]。随后，舰体经历几次鞭状响应过程，并趋于稳定。4导弹贮存平台冲击环境分析4.1冲击响应谱分析分析图3的导弹贮存平台的典型位置，这些测点的加速度时程曲线及相应的加速度冲击响应谱如图5所示。测点B位于舰中部甲板中心，距爆点最近，所受的冲击作用最为严重（见表1），其加速度最大值达到129g，冲击响应谱中与951Hz频谱相对应的加速度谱值为578.6g。相比之下A，C点的加速度谱最大值明显小得多，分别为262.7g和216.2g，如图5和表1所示。现以冲击环境标准GJB150中的轻、中
奈榷ㄐ灾?嫠?剑?4）从航母底板向上冲击强度的衰减速度起初时较大，随后逐渐趋向稳定。参考文献：姚熊亮,侯健,王玉红,等.水下爆炸冲击载荷作用时船舶冲击环境仿真[J].中国造船,2003(44):71–74.YAOXiong-liang,HOUJian,WANGYu-hong,etal.Researchonsimulationofunderwatershockenvironmentofship[J].ShipBuildingofChina,2003(44):71–74.[1]王国治,支李峰,邓文彬.水下爆炸环境中舰船浮筏装置冲击响应研究[J].江苏科技大学学报(自然科学版),2006(5):[2]表1典型位置冲击环境结果统计表Tab.1Statisticaltableoftypicallocationimpactenvironmentresults测点加速度最大值/g加速度谱最大值/g对应频率/HzA41.1262.71108B129578.6951C44216.21131图5监测点加速度时程曲线与加速度冲击响应谱Fig.5Accelerationtimehistorycurveandaccelerationimpactresponsespectrumofmonitoringpoints图6各层甲板上的监测点示意Fig.6Indicationofmonitoringpointsoneachdeck图7冲击强度衰减分析图Fig.7Analysischartofimpactstrengthattenuation·38·舰船科学技术第42卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下爆炸作用下弹塑性船体梁整体运动模型及损伤特性[J]. 李海涛,张振华,牟金磊,刘丽滨. 工程力学. 2019(01)
[2]水下接触爆炸下多舱防护结构载荷特性及动响应研究进展[J]. 吴庭翱,张弩,侯海量,吴国民,周心桃. 中国舰船研究. 2018(03)
[3]水下爆炸冲击波载荷作用下舰船板架结构冲击可靠性研究[J]. 史晓骏. 舰船科学技术. 2017(06)
[4]舰艇抗爆抗冲击技术现状和发展途径[J]. 刘建湖,周心桃,潘建强,王海坤. 中国舰船研究. 2016(01)
[5]汽车炸弹钢箱梁内部爆炸局部破坏效应分析[J]. 姚术健,蒋志刚,卢芳云,张舵,赵楠. 振动与冲击. 2015(07)
[6]水下爆炸条件下不同装药对水面舰船冲击环境的影响试验研究[J]. 陈辉,李玉节,潘建强,杨云川,张伦平,刘建湖. 振动与冲击. 2011(07)
[7]动态设计分析方法的舰船甲板设备垂向冲击环境分析[J]. 姜涛,由文立,李建林,王伟力. 兵工学报. 2010(S1)
[8]水下爆炸对舰船结构毁伤效应的研究现状及展望[J]. 李磊,冯顺山. 舰船科学技术. 2008(03)
[9]水下爆炸气泡脉动作用下细长加筋圆柱壳的鞭状响应分析[J]. 董海,刘建湖,吴有生. 船舶力学. 2007(02)
[10]典型舰船水下爆炸冲击环境仿真[J]. 王珂,尹群,嵇春艳,王自力. 计算机辅助工程. 2006(S1)
本文编号：3310975
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(21)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
有限元模型Fig.2Finiteelementmodel
Gruneisen状态方程。参数的选取可以参见文献[15–16]。建立的有限元计算模型整体效果如图2所示。图2有限元模型Fig.2Finiteelementmodel目前大多数反舰导弹及鱼雷等的TNT当量都在100～500kg之间，能对舰体造成较大影响的爆距大约在50m以内。基于此，本文研究300kgTNT当量炸弹在航空母舰底面下20m处爆炸时对航母的冲击。监测点位置如图3所示。图3导弹贮存平台监测点位置示意图Fig.3Mapofmonitoringpointlocationofmissilestorageplatform3冲击响应过程分析TNT当量为300kg的炸弹在距航空母舰舰底20m距离处爆炸时，航母的响应过程如图4所示（位移云图的单位为m）。当冲击波传至舰底，舰底中心地带的外板及龙骨首当其冲并产生竖直向上的位移，如图4（a）所示。响应迅速向舰顶及舰两端传播，如图4（b）所示，舰体中部产生的竖向位移继续增大，同时向舰体两端传播；当舰体中部位移达到最大，如图4（c）所示，位移响应开始下降，而两端的位移开始增大，如图4（d）所示，类似于鞭状响应[9]。随后，舰体经历几次鞭状响应过程，并趋于稳定。4导弹贮存平台冲击环境分析4.1冲击响应谱分析分析图3的导弹贮存平台的典型位置，这些测点的加速度时程曲线及相应的加速度冲击响应谱如图5所示。测点B位于舰中部甲板中心，距爆点最近，所受的冲击作用最为严重（见表1），其加速度最大值达到129g，冲击响应谱中与951Hz频谱相对应的加速度谱值为578.6g。相比之下A，C点的加速度谱最大值明显小得多，分别为262.7g和216.2g，如图5和表1所示。现以冲击环境标准GJB150中的轻、中
奈榷ㄐ灾?嫠?剑?4）从航母底板向上冲击强度的衰减速度起初时较大，随后逐渐趋向稳定。参考文献：姚熊亮,侯健,王玉红,等.水下爆炸冲击载荷作用时船舶冲击环境仿真[J].中国造船,2003(44):71–74.YAOXiong-liang,HOUJian,WANGYu-hong,etal.Researchonsimulationofunderwatershockenvironmentofship[J].ShipBuildingofChina,2003(44):71–74.[1]王国治,支李峰,邓文彬.水下爆炸环境中舰船浮筏装置冲击响应研究[J].江苏科技大学学报(自然科学版),2006(5):[2]表1典型位置冲击环境结果统计表Tab.1Statisticaltableoftypicallocationimpactenvironmentresults测点加速度最大值/g加速度谱最大值/g对应频率/HzA41.1262.71108B129578.6951C44216.21131图5监测点加速度时程曲线与加速度冲击响应谱Fig.5Accelerationtimehistorycurveandaccelerationimpactresponsespectrumofmonitoringpoints图6各层甲板上的监测点示意Fig.6Indicationofmonitoringpointsoneachdeck图7冲击强度衰减分析图Fig.7Analysischartofimpactstrengthattenuation·38·舰船科学技术第42卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下爆炸作用下弹塑性船体梁整体运动模型及损伤特性[J]. 李海涛,张振华,牟金磊,刘丽滨. 工程力学. 2019(01)
[2]水下接触爆炸下多舱防护结构载荷特性及动响应研究进展[J]. 吴庭翱,张弩,侯海量,吴国民,周心桃. 中国舰船研究. 2018(03)
[3]水下爆炸冲击波载荷作用下舰船板架结构冲击可靠性研究[J]. 史晓骏. 舰船科学技术. 2017(06)
[4]舰艇抗爆抗冲击技术现状和发展途径[J]. 刘建湖,周心桃,潘建强,王海坤. 中国舰船研究. 2016(01)
[5]汽车炸弹钢箱梁内部爆炸局部破坏效应分析[J]. 姚术健,蒋志刚,卢芳云,张舵,赵楠. 振动与冲击. 2015(07)
[6]水下爆炸条件下不同装药对水面舰船冲击环境的影响试验研究[J]. 陈辉,李玉节,潘建强,杨云川,张伦平,刘建湖. 振动与冲击. 2011(07)
[7]动态设计分析方法的舰船甲板设备垂向冲击环境分析[J]. 姜涛,由文立,李建林,王伟力. 兵工学报. 2010(S1)
[8]水下爆炸对舰船结构毁伤效应的研究现状及展望[J]. 李磊,冯顺山. 舰船科学技术. 2008(03)
[9]水下爆炸气泡脉动作用下细长加筋圆柱壳的鞭状响应分析[J]. 董海,刘建湖,吴有生. 船舶力学. 2007(02)
[10]典型舰船水下爆炸冲击环境仿真[J]. 王珂,尹群,嵇春艳,王自力. 计算机辅助工程. 2006(S1)
本文编号：3310975
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