兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (3): 837-854.doi: 10.12382/bgxb.2022.0761
收稿日期:
2022-08-31
上线日期:
2023-01-04
通讯作者:
基金资助:
YAO Menglei, HOU Hailiang, LI Dian*(), XIE Yue
Received:
2022-08-31
Online:
2023-01-04
摘要:
针对反舰武器攻击下舰船结构抗毁伤防护问题,采用小型舱室模型实验结合有限元数值分析的方法,分析不同爆距下Y形夹层板结构的动响应特性,总结得到Y形夹层板结构面板的7种变形模式,发现面板变形模式与爆距和与其相连芯层刚度的相对强弱有关,爆距较小时面板易发生局部隆起变形,爆距较大则易发生整体碟形变形或板格变形,芯层强、面板弱时面板易发生板格变形,面板强、芯层弱时则易发生整体碟形变形,迎爆面板和V形芯层的刚度较大时背爆面面板则发生整体碟形变形。总结了Y形芯层在舱内爆炸载荷作用下的3种典型变形情况,即V屈曲I失稳、V屈曲I不变、V不变I不变;探究了迎爆面面板厚度、V形芯层厚度和I形芯层厚度对Y形夹层板结构抗爆性能的影响,发现增加迎爆面面板厚度和I形芯层厚度都可以显著降低背板变形,但增加迎爆面面板厚度会使得结构总吸能降低,增加I形芯层厚度则结构总吸能基本不变,增加V形芯层厚度则V形芯层吸能急剧下降,背板最大变形先增加再减小,结构总吸能下降。
中图分类号:
姚梦雷, 侯海量, 李典, 谢悦. 舰船舱内爆炸载荷下Y形夹层板动响应及抗爆性能影响因素[J]. 兵工学报, 2024, 45(3): 837-854.
YAO Menglei, HOU Hailiang, LI Dian, XIE Yue. Dynamic Response of Y-shaped Sandwich Plate and the Influence Factors of Anti Explosion Performance Under the Explosion Load in the Warship Cabin[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(3): 837-854.
实验工况 序号 | 构形 | td/mm | tu/mm | ty/mm | W/g | 爆距/mm |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | A-1 | 2 | 2 | 1 | 110 | 100 |
2 | A-1 | 2 | 2 | 1 | 110 | 200 |
3 | A-2 | 3 | 1 | 1 | 110 | 100 |
4 | B-2 | 3 | 1 | 1 | 110 | 100 |
5 | B-1 | 2 | 2 | 1 | 110 | 200 |
表1 实验工况
Table 1 Test conditions
实验工况 序号 | 构形 | td/mm | tu/mm | ty/mm | W/g | 爆距/mm |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | A-1 | 2 | 2 | 1 | 110 | 100 |
2 | A-1 | 2 | 2 | 1 | 110 | 200 |
3 | A-2 | 3 | 1 | 1 | 110 | 100 |
4 | B-2 | 3 | 1 | 1 | 110 | 100 |
5 | B-1 | 2 | 2 | 1 | 110 | 200 |
板厚/ mm | 杨氏模量/ GPa | 泊松比 | 屈服强度/ MPa | 断裂强度/ MPa | 密度/ (kg·m-3) |
---|---|---|---|---|---|
1 | 200 | 0.3 | 185 | 300 | 7 850 |
2、3 | 200 | 0.3 | 300 | 375 | 7 850 |
表2 钢板的主要力学性能参数
Table 2 Main mechanical property parameters of steel plate
板厚/ mm | 杨氏模量/ GPa | 泊松比 | 屈服强度/ MPa | 断裂强度/ MPa | 密度/ (kg·m-3) |
---|---|---|---|---|---|
1 | 200 | 0.3 | 185 | 300 | 7 850 |
2、3 | 200 | 0.3 | 300 | 375 | 7 850 |
测点 编号 | 冲击波超压峰 值仿真值/MPa | 冲击波超压峰值 经验公式计算值/MPa | 误差 值/% |
---|---|---|---|
P1 | 5.33 | 4.77 | 11.7 |
P2 | 11.00 | 9.73 | 11.9 |
P3 | 2.76 | 3.07 | -10.1 |
表3 欧拉域初始爆炸冲击波仿真值及经验值对比
Table 3 Comparison of simulation value and experience value of initial explosion shock wave in Euler domain
测点 编号 | 冲击波超压峰 值仿真值/MPa | 冲击波超压峰值 经验公式计算值/MPa | 误差 值/% |
---|---|---|---|
P1 | 5.33 | 4.77 | 11.7 |
P2 | 11.00 | 9.73 | 11.9 |
P3 | 2.76 | 3.07 | -10.1 |
参数 | ρ/(kg·m-3) | E/GPa | ν | σ0/MPa | Eh/MPa | Fs |
---|---|---|---|---|---|---|
数值 | 7850 | 210 | 0.3 | 300 | 252 | 0.28 |
表4 低碳钢材料参数
Table 4 Material parameters in simulation
参数 | ρ/(kg·m-3) | E/GPa | ν | σ0/MPa | Eh/MPa | Fs |
---|---|---|---|---|---|---|
数值 | 7850 | 210 | 0.3 | 300 | 252 | 0.28 |
图11 Y形夹层板结构实验(左)与数值仿真(右)变形破坏情况对比
Fig.11 Comparison of deformation and failure of Y-shaped sandwich plate structure test (left) and numerical simulation (right)
图18 舱内爆炸载荷作用下Y形夹层板迎爆面板、背爆面板中心点位移-时间历程曲线
Fig.18 Displacement-time history curve of the center point of the front and back explosion face of Y-shaped sandwich panel under the action of explosion load in the cabin
工况 编号 | 迎爆面 板厚度 td/mm | V形芯层 厚度 tv/mm | I形芯层 厚度 ti/mm | 背爆面 板厚度 tu/mm | 背板最 大变形/ mm | 吸能/ J |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 0.5 | 1 | 2 | 10.7 | 2810 |
2 | 1 | 0.5 | 1 | 2 | 17.7 | 4140 |
3 | 3 | 0.5 | 1 | 2 | 5.7 | 2040 |
4 | 4 | 0.5 | 1 | 2 | 4.4 | 1580 |
5 | 2 | 1.0 | 1 | 2 | 13.1 | 2130 |
6 | 2 | 1.5 | 1 | 2 | 11.7 | 1930 |
7 | 2 | 2.0 | 1 | 2 | 11.3 | 1820 |
8 | 2 | 2.5 | 1 | 2 | 10.4 | 1670 |
9 | 2 | 0.5 | 0.5 | 2 | 13.4 | 2820 |
10 | 2 | 0.5 | 1.5 | 2 | 9.81 | 2718 |
11 | 2 | 0.5 | 2.0 | 2 | 9.37 | 2712 |
12 | 2 | 0.5 | 2.5 | 2 | 9.00 | 2711 |
表5 工况表
Table 5 Working table
工况 编号 | 迎爆面 板厚度 td/mm | V形芯层 厚度 tv/mm | I形芯层 厚度 ti/mm | 背爆面 板厚度 tu/mm | 背板最 大变形/ mm | 吸能/ J |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 0.5 | 1 | 2 | 10.7 | 2810 |
2 | 1 | 0.5 | 1 | 2 | 17.7 | 4140 |
3 | 3 | 0.5 | 1 | 2 | 5.7 | 2040 |
4 | 4 | 0.5 | 1 | 2 | 4.4 | 1580 |
5 | 2 | 1.0 | 1 | 2 | 13.1 | 2130 |
6 | 2 | 1.5 | 1 | 2 | 11.7 | 1930 |
7 | 2 | 2.0 | 1 | 2 | 11.3 | 1820 |
8 | 2 | 2.5 | 1 | 2 | 10.4 | 1670 |
9 | 2 | 0.5 | 0.5 | 2 | 13.4 | 2820 |
10 | 2 | 0.5 | 1.5 | 2 | 9.81 | 2718 |
11 | 2 | 0.5 | 2.0 | 2 | 9.37 | 2712 |
12 | 2 | 0.5 | 2.5 | 2 | 9.00 | 2711 |
图21 不同迎爆面板厚度下Y形夹层板半剖面变形云图
Fig.21 Deformation cloud diagram of half section of Y-shaped sandwich plate under different panel thickness of blast facing surface
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