不同攻角对实船爆炸试验冲击响应影响研究

摘 要:实船爆炸试验是检验舰艇抗冲击能力最直接、最有效的手段。实船爆炸试验对海区等环境的要求高,且水下爆炸对舰艇的作用复杂,各种影响因素较多,在实际试验中往往很难满足考核要求。因此,利用数值法对舰艇在不同攻角状态下的实船爆炸试验冲击响应进行了对比分析
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摘 要:实船爆炸试验是检验舰艇抗冲击能力最直接、最有效的手段。实船爆炸试验对海区等环境的要求高,且水下爆炸对舰艇的作用复杂,各种影响因素较多,在实际试验中往往很难满足考核要求。因此,利用数值法对舰艇在不同攻角状态下的实船爆炸试验冲击响应进行了对比分析。对比结果表明,在相同冲击因子的作用下,不同攻角对试舰的Mises应力和冲击加速度幅值有一定的影响,但不影响加速度等的冲击响应衰减规律。
  关键词:爆源;爆炸试验;攻角;冲击响应
  中图分类号:U661.4 文献标识码:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.017
  舰艇抗水下爆炸冲击能力研究是舰艇生命力研究中的重要内容之一,世界各国均十分重视。美国海军对舰艇抗冲击制定了严格的考核标准,各种新研制的舰艇都要经过5次海上实船爆炸试验,舰艇长度<100 m的需通过1 000 kg的爆源的实船爆炸冲击考核,舰艇长度>100 m的需通过4 500 kg的爆源的实船爆炸冲击考核。
  炸药在水下爆炸比空中爆炸复杂得多,对目标的毁伤机理区别较大。在实船爆炸试验设计中,通常以一定的攻角进行试验设计,比如在某型艇抗冲击试验中,以40°爆源攻角进行试验考核。试验中,随着爆距的增加,当爆距大于80 m时,部分试验海区的水深将无法满足试验要求,因此,需要减小试验攻角。
  为了研究不同攻角工况下,相同冲击因子对实船爆炸试验冲击响应的影响,本文采用数值仿真计算软件ABAQUS中的声固耦合方法,模拟了水下非接触爆炸作用下舰船的响应,并对不同攻角条件下典型测点的冲击响应进行了对比分析。
  1 水下爆炸目标冲击因子的计算方法
  由于水为密实介质,水下爆炸比空中爆炸要复杂得多,相同的爆源当量在水下爆炸的杀伤力要远大于在空中爆炸。
  3 仿真计算有限元模型
  船体结构是一个复杂的弹性体,计算其动力响应时必须确定正确的力学模型和适合的计算方法。由于舰船结构复杂,在有限元建模时,应适当简化船体,用梁单元模拟各种横梁、桁、龙骨等结构,用壳单元模拟船的外壳、甲板、隔壁等板壳结构,并用质量单元模拟各种大型设备。根据某船体的结构图纸,用ANSYS软件进行了建模,图2为某船的有限元模型,图3为带周围流场的有限元模型。
  从图7和表2中可看出,攻角为40°的工况与攻角为30°的工况在垂向加速度上有明显的差别,其与Mises应力有关,但攻角不同时对加速度的变化趋势没有影响。
  5 结束语
  通过计算可以看出,在其他参数相同的情况下,被试舰的攻角对同一位置的Mises应力和冲击加速度响应有比较明显的影响,被试舰的攻角对其冲击响应的影响主要根据冲击波的作用面积而变化。此外,被试舰的攻角虽然对加速度幅值有一定的影响,但对加速度的衰减规律影响较小,在一定范围内增加或减少试验攻角对试验结果的评定影响不大。
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