多舱室结构内爆载荷下毁伤效果评估方法研究
发布时间：2021-07-10 15:46
随着反舰武器的快速发展,其威力和命中率得到极大提高,对舰艇安全的威胁越发受到高度关注。而半穿甲型反舰武器通过在舰艇内部爆炸,使爆炸能量高效充分地作用舰艇结构,对舰艇自身结构的抗爆抗冲击性能提出来了更高的要求。特别是反舰导弹,其对舰体的毁伤程度非常严重,破坏范围包括多层舰体结构,甚至整个舱段。因此,对舰艇结构在内爆载荷下毁伤效果的评估方法进行研究具有重要现实意义。本文从内爆载荷对多舱室结构的毁伤规律入手,通过分析内爆载荷在舱内的分布规律,提出了结构毁伤效果的评估方法。本文针对裸装球形TNT在结构中心爆炸对典型多舱室结构的毁伤效应进行研究,主要研究内容与结论如下:1.首先对数值计算方法的可靠性进行了研究。应用动态非线性显式有限元计算软件AUTODYN中的多物质流固耦合算法,对已有典型单舱室内爆实验进行模拟计算,讨论了不同网格尺寸对计算精度的影响,并给出了利用AUTODYN中的多物质流固耦合算法计算舱内爆炸时,合理选择网格尺寸的方法。2.将各舱室划分为:爆炸舱、共面邻舱、共边界邻舱及共点邻舱,基于大量数值模拟计算结果,讨论了不同药量TNT内爆下多舱室结构毁伤规律,并按照毁伤规律对舱壁进行分类...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
舰船内爆毁伤效果[2]
中北大学学位论文31.2.1.1内爆冲击波特性1.理论计算起初各学者通过分析有限空间内壁上的压力载荷特性，并与自由场冲击波反射理论对比，得到了内爆反射冲击波的计算方法，认为可用自由场反射冲击波或者放大后的数值代替。这些结论大多数基于一些“理想状态”的前提假设，如爆炸发生在理想空气中、爆炸过程等熵、内壁面为刚性面等，据此提出了一些计算模型和方法。如Fairweather[5]等给出了封闭空间内爆下的冲击波超压的预测模型；Chan[6]等提出了“镜像法”，并得到了内爆载荷压力时程曲线，且经对比，镜像法能够较好地快速评估完全封闭空间的内爆载荷，并且较好阐释了内爆冲击波的反射规律。图1-3典型结构内爆时内壁压力时程曲线[7]Fig.1-3Typicalpressure-timehistorycurvesofinternalblast目前主要依据自由场爆炸理论进行具体工程应用计算，孔祥韶[8]对空气中爆炸冲击波主要参数的一些计算公式进行了对比研究，目前可用的计算公式有：（1）Henrych计算峰值的经验公式：23423231.407170.553970.035720.0006250.050.30.619380.032620.213240.310.06620.4050.3288110fZZZZZPZZZZZZZZ（1-1）（2）冲击波正压作用时间的计算公式（该公式适用于球形TNT空爆时使用）：6=BRW（1-2）
中北大学学位论文4（3）Henrych计算比冲量的经验公式：3233231115629100.46630.40.7521121680.132.20.753IZWZZZIZWZZZ（1-3）上述3式中：△Pf为冲击波峰值超压，MPa；Z为比例距离（Z=R/W1/3。R为爆距，m；W为爆炸当量，kg）；B=(1.3~1.5)×10-3；单位是s。邵开金[9]等基于大量试验数据，深入研究了空气中反射冲击波特性，给出的正反射冲击波超压计算公式为：2frff011221PPPPP（1-4）式中：△Pr为反射冲击波超压，MPa；△Pf为入射冲击波超压，MPa；P0为环境压力，MPa；γ为绝热指数。由于内爆过程中载荷变化非常复杂，对于内爆载荷除首峰外的其它峰值超压的计算，研究人员提出了一些简化加载模型，如Baker认为反射波强度随时间逐渐降低，只需考虑前3个波峰，据此提出了如下图1-4所示的简化模型[10]。图1-4Baker的三脉冲简化内爆加载模型[10]Fig.1-4Three-pulsesimplifiedinternalblastloadingmodelofBaker王鹤鸣[11]等基于研究巷道内反射冲击波特性，提出了第二峰值及其正压作用时间的计算公式。二次峰值的计算公式：
【参考文献】：
期刊论文
[1]泄爆薄板厚度对舱室破坏及舱内载荷影响的数值仿真[J]. 赵鹏铎,黄松,尹建平,张磊,黄阳洋,徐豫新. 中国舰船研究. 2019(03)
[2]舱室密闭空间中爆炸载荷后燃烧效应数值计算研究[J]. 孔祥韶,徐敬博,徐维铮,郑成,吴卫国. 兵工学报. 2019(04)
[3]全封闭舱内爆炸载荷作用下薄板变形研究[J]. 郑成,孔祥韶,周沪,徐维铮,吴卫国. 兵工学报. 2018(08)
[4]舱室结构在战斗部舱内爆炸作用下毁伤特性的实验研究[J]. 李营,张磊,杜志鹏,赵鹏铎,任宪奔,方岱宁. 船舶力学. 2018(08)
[5]舱内爆炸载荷作用下加筋板动态响应试验研究[J]. 郑成,孔祥韶,徐维铮,吴卫国. 中国造船. 2018(02)
[6]舰船舱内爆炸载荷特征与板架毁伤规律分析[J]. 姚熊亮,屈子悦,姜子飞,王志凯,王治. 中国舰船研究. 2018(03)
[7]船内爆炸载荷特性及对舰船结构毁伤研究综述[J]. 李德聪,段宏,吴国民,周心桃,杨雄辉. 中国舰船研究. 2018(01)
[8]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)
[9]内爆载荷作用下多舱室结构的破坏仿真分析[J]. 李俊承,余春祥,牛公杰,李会敏. 舰船科学技术. 2015(08)
[10]多箱室结构内部爆炸损伤特性研究[J]. 姚术健,张舵,卢芳云,陈旭光,覃金贵. 兵工学报. 2015(S1)
博士论文
[1]箱形结构内部爆炸等效缩比实验方法及破坏特性研究[D]. 姚术健.国防科学技术大学 2016
[2]爆炸载荷及复合多层防护结构响应特性研究[D]. 孔祥韶.武汉理工大学 2013
硕士论文
[1]典型密闭装置内爆炸试验及其数值模拟[D]. 连赟猛.南京理工大学 2013
[2]大跨平屋盖结构内爆超压场的分布及简化[D]. 王海峰.哈尔滨工业大学 2011
[3]结构泄压爆炸的冲击波特性研究[D]. 姚元文.重庆大学 2011
[4]球壳结构在爆炸作用下的压力场分布研究[D]. 马加路.哈尔滨工业大学 2010
[5]密闭空间内爆炸引起的内壁超压分布规律及简化计算研究[D]. 周清.天津大学 2008
本文编号：3276207
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
舰船内爆毁伤效果[2]
中北大学学位论文31.2.1.1内爆冲击波特性1.理论计算起初各学者通过分析有限空间内壁上的压力载荷特性，并与自由场冲击波反射理论对比，得到了内爆反射冲击波的计算方法，认为可用自由场反射冲击波或者放大后的数值代替。这些结论大多数基于一些“理想状态”的前提假设，如爆炸发生在理想空气中、爆炸过程等熵、内壁面为刚性面等，据此提出了一些计算模型和方法。如Fairweather[5]等给出了封闭空间内爆下的冲击波超压的预测模型；Chan[6]等提出了“镜像法”，并得到了内爆载荷压力时程曲线，且经对比，镜像法能够较好地快速评估完全封闭空间的内爆载荷，并且较好阐释了内爆冲击波的反射规律。图1-3典型结构内爆时内壁压力时程曲线[7]Fig.1-3Typicalpressure-timehistorycurvesofinternalblast目前主要依据自由场爆炸理论进行具体工程应用计算，孔祥韶[8]对空气中爆炸冲击波主要参数的一些计算公式进行了对比研究，目前可用的计算公式有：（1）Henrych计算峰值的经验公式：23423231.407170.553970.035720.0006250.050.30.619380.032620.213240.310.06620.4050.3288110fZZZZZPZZZZZZZZ（1-1）（2）冲击波正压作用时间的计算公式（该公式适用于球形TNT空爆时使用）：6=BRW（1-2）
中北大学学位论文4（3）Henrych计算比冲量的经验公式：3233231115629100.46630.40.7521121680.132.20.753IZWZZZIZWZZZ（1-3）上述3式中：△Pf为冲击波峰值超压，MPa；Z为比例距离（Z=R/W1/3。R为爆距，m；W为爆炸当量，kg）；B=(1.3~1.5)×10-3；单位是s。邵开金[9]等基于大量试验数据，深入研究了空气中反射冲击波特性，给出的正反射冲击波超压计算公式为：2frff011221PPPPP（1-4）式中：△Pr为反射冲击波超压，MPa；△Pf为入射冲击波超压，MPa；P0为环境压力，MPa；γ为绝热指数。由于内爆过程中载荷变化非常复杂，对于内爆载荷除首峰外的其它峰值超压的计算，研究人员提出了一些简化加载模型，如Baker认为反射波强度随时间逐渐降低，只需考虑前3个波峰，据此提出了如下图1-4所示的简化模型[10]。图1-4Baker的三脉冲简化内爆加载模型[10]Fig.1-4Three-pulsesimplifiedinternalblastloadingmodelofBaker王鹤鸣[11]等基于研究巷道内反射冲击波特性，提出了第二峰值及其正压作用时间的计算公式。二次峰值的计算公式：
【参考文献】：
期刊论文
[1]泄爆薄板厚度对舱室破坏及舱内载荷影响的数值仿真[J]. 赵鹏铎,黄松,尹建平,张磊,黄阳洋,徐豫新. 中国舰船研究. 2019(03)
[2]舱室密闭空间中爆炸载荷后燃烧效应数值计算研究[J]. 孔祥韶,徐敬博,徐维铮,郑成,吴卫国. 兵工学报. 2019(04)
[3]全封闭舱内爆炸载荷作用下薄板变形研究[J]. 郑成,孔祥韶,周沪,徐维铮,吴卫国. 兵工学报. 2018(08)
[4]舱室结构在战斗部舱内爆炸作用下毁伤特性的实验研究[J]. 李营,张磊,杜志鹏,赵鹏铎,任宪奔,方岱宁. 船舶力学. 2018(08)
[5]舱内爆炸载荷作用下加筋板动态响应试验研究[J]. 郑成,孔祥韶,徐维铮,吴卫国. 中国造船. 2018(02)
[6]舰船舱内爆炸载荷特征与板架毁伤规律分析[J]. 姚熊亮,屈子悦,姜子飞,王志凯,王治. 中国舰船研究. 2018(03)
[7]船内爆炸载荷特性及对舰船结构毁伤研究综述[J]. 李德聪,段宏,吴国民,周心桃,杨雄辉. 中国舰船研究. 2018(01)
[8]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)
[9]内爆载荷作用下多舱室结构的破坏仿真分析[J]. 李俊承,余春祥,牛公杰,李会敏. 舰船科学技术. 2015(08)
[10]多箱室结构内部爆炸损伤特性研究[J]. 姚术健,张舵,卢芳云,陈旭光,覃金贵. 兵工学报. 2015(S1)
博士论文
[1]箱形结构内部爆炸等效缩比实验方法及破坏特性研究[D]. 姚术健.国防科学技术大学 2016
[2]爆炸载荷及复合多层防护结构响应特性研究[D]. 孔祥韶.武汉理工大学 2013
硕士论文
[1]典型密闭装置内爆炸试验及其数值模拟[D]. 连赟猛.南京理工大学 2013
[2]大跨平屋盖结构内爆超压场的分布及简化[D]. 王海峰.哈尔滨工业大学 2011
[3]结构泄压爆炸的冲击波特性研究[D]. 姚元文.重庆大学 2011
[4]球壳结构在爆炸作用下的压力场分布研究[D]. 马加路.哈尔滨工业大学 2010
[5]密闭空间内爆炸引起的内壁超压分布规律及简化计算研究[D]. 周清.天津大学 2008
本文编号：3276207
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