兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (3): 670-681.doi: 10.12382/bgxb.2022.0390
收稿日期:
2022-05-16
上线日期:
2022-09-08
作者简介:
![]() |
陈岩武(1997—),男,博士研究生,研究方向为水下爆炸载荷与结构毁伤。E-mail: chenyanwu1@126.com; |
![]() |
王成(1972—),男,教授,博士生导师,研究方向为高精度数值计算。E-mail: wangcheng@bit.edu.cn |
基金资助:
CHEN Yanwu(), SUN Yuanxiang(
), WANG Cheng(
)
Received:
2022-05-16
Online:
2022-09-08
摘要:
为研究舰船双层底部结构在水下爆炸载荷下的毁伤特性,进行电火花气泡与带破口双层结构模型相互作用实验,使用高速摄影机捕捉气泡在带破口双层结构下方的脉动特征,并使用LS-DYNA软件对该实验工况进行模拟,通过实验验证数值模型的有效性。在此基础上建立实尺度舰船双层底舱段有限元模型,通过改变爆距和双层板间水位,设置15个模拟工况,深入分析冲击波和气泡载荷对舰船双层底部结构的毁伤特性。研究结果表明:爆距较小时,外底板出现破口,内外底板之间的内气泡的膨胀作用加剧外底板破口的撕裂,同时使内底板出现塑性变形;爆距较大时,外底板仅发生变形,并与内底板接触,同时带动内底板的变形。双层板间水位较低时,冲击波载荷衰减较大,对内底板毁伤作用较小,此时内气泡的膨胀对内底板的变形起到主要作用;双层板间水位较高时,冲击波载荷衰减较小,冲击波和气泡脉动二次压力波载荷通过水介质共同作用到内底板,使内底板产生变形。
陈岩武, 孙远翔, 王成. 水下爆炸载荷下舰船双层底部结构的毁伤特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(3): 670-681.
CHEN Yanwu, SUN Yuanxiang, WANG Cheng. Damage Characteristics of Ship’s Double Bottom Structure Subjected to Underwater Explosion[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(3): 670-681.
材料 | ρ0/(kg·m-3) | C0/GPa | C1/GPa | C2/GPa | C3/GPa | C4 | C5 | C6 | E/GPa |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
空气 | 1.29 | 0 | 1.01×10-4 | 0 | 0 | 0.4 | 0.4 | 0 | 2.53×10-4 |
水 | 1.00×103 | 1.01×10-4 | 2.036 | 8.432 | 8.014 | 0.493 4 | 1.393 7 | 0 | 2.05×10-4 |
表1 水和空气的材料模型及状态方程参数
Table 1 Material models and equation of state parameters of water and air
材料 | ρ0/(kg·m-3) | C0/GPa | C1/GPa | C2/GPa | C3/GPa | C4 | C5 | C6 | E/GPa |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
空气 | 1.29 | 0 | 1.01×10-4 | 0 | 0 | 0.4 | 0.4 | 0 | 2.53×10-4 |
水 | 1.00×103 | 1.01×10-4 | 2.036 | 8.432 | 8.014 | 0.493 4 | 1.393 7 | 0 | 2.05×10-4 |
ρ0 /(kg·m-3) | DC-J /(m·s-1) | pC-J /GPa | E/GPa | A/GPa | B/GPa | R1 | R2 | ω |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1630 | 6930 | 27.0 | 7.17 | 374.2 | 3.23 | 4.15 | 0.95 | 0.3 |
表2 炸药的材料模型及状态方程参数
Table 2 Material model and equation of state parameters of the explosive
ρ0 /(kg·m-3) | DC-J /(m·s-1) | pC-J /GPa | E/GPa | A/GPa | B/GPa | R1 | R2 | ω |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1630 | 6930 | 27.0 | 7.17 | 374.2 | 3.23 | 4.15 | 0.95 | 0.3 |
工况 | 爆距 R | 板间水位 h/cm | 内底板最大挠度 wim/cm | 外底板最大挠度 wom/cm | 外底板破口半径 Rp/cm | 外底板破口面积 S/m2 | 破口形状 | 舱段最大位移 sm/cm | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | R0 | 0 | 191.3 | 304.05 | 19.64 | 六边形 | 122.1 | ||
2 | 1.5 R0 | 0 | 207.1 | 352.85 | 19.06 | 菱形 | 121.9 | ||
3 | 2 R0 | 0 | 240.1 | 334.80 | 15.96 | 菱形 | 126.3 | ||
4 | 2.5 R0 | 0 | 219.8 | 304.45 | 23.58 | 六边形 | 140.4 | ||
5 | 3 R0 | 0 | 209.2 | 293.2 | 菱形 | 133.7 | |||
6 | 3.5 R0 | 0 | 195.4 | 281.7 | 145.8 | ||||
7 | 4 R0 | 0 | 204.6 | 288.3 | 152.3 | ||||
8 | 4.5 R0 | 0 | 199.6 | 284.4 | 159.7 | ||||
9 | 5.0 R0 | 0 | 191.3 | 272.3 | 166.7 | ||||
10 | R0 | 25 | 248.6 | 325.8 | 15.35 | 菱形 | 130.3 | ||
11 | R0 | 50 | 264.5 | 283.30 | 6.61 | 菱形 | 137.2 | ||
12 | R0 | 75 | 254.0 | 235.5 | 9.10 | 菱形 | 146.0 | ||
13 | R0 | 100 | 256.9 | 226.7 | 9.34 | 菱形 | 170.1 | ||
14 | R0 | 125 | 258.6 | 217.0 | 9.69 | 菱形 | 169.0 | ||
15 | R0 | 173 | 257.2 | 217.7 | 9.79 | 菱形 | 184.1 |
表3 数值模拟结果
Table 3 Numerical simulation results
工况 | 爆距 R | 板间水位 h/cm | 内底板最大挠度 wim/cm | 外底板最大挠度 wom/cm | 外底板破口半径 Rp/cm | 外底板破口面积 S/m2 | 破口形状 | 舱段最大位移 sm/cm | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | R0 | 0 | 191.3 | 304.05 | 19.64 | 六边形 | 122.1 | ||
2 | 1.5 R0 | 0 | 207.1 | 352.85 | 19.06 | 菱形 | 121.9 | ||
3 | 2 R0 | 0 | 240.1 | 334.80 | 15.96 | 菱形 | 126.3 | ||
4 | 2.5 R0 | 0 | 219.8 | 304.45 | 23.58 | 六边形 | 140.4 | ||
5 | 3 R0 | 0 | 209.2 | 293.2 | 菱形 | 133.7 | |||
6 | 3.5 R0 | 0 | 195.4 | 281.7 | 145.8 | ||||
7 | 4 R0 | 0 | 204.6 | 288.3 | 152.3 | ||||
8 | 4.5 R0 | 0 | 199.6 | 284.4 | 159.7 | ||||
9 | 5.0 R0 | 0 | 191.3 | 272.3 | 166.7 | ||||
10 | R0 | 25 | 248.6 | 325.8 | 15.35 | 菱形 | 130.3 | ||
11 | R0 | 50 | 264.5 | 283.30 | 6.61 | 菱形 | 137.2 | ||
12 | R0 | 75 | 254.0 | 235.5 | 9.10 | 菱形 | 146.0 | ||
13 | R0 | 100 | 256.9 | 226.7 | 9.34 | 菱形 | 170.1 | ||
14 | R0 | 125 | 258.6 | 217.0 | 9.69 | 菱形 | 169.0 | ||
15 | R0 | 173 | 257.2 | 217.7 | 9.79 | 菱形 | 184.1 |
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