
兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 231201-.doi: 10.12382/bgxb.2023.1201
王涛1,2, 刘亮涛1,*(
), 王金相1,**(
), 张轶凡1
收稿日期:2023-12-21
上线日期:2024-04-29
通讯作者:
基金资助:
WANG Tao1,2, LIU Liangtao1,*(
), WANG Jinxiang1,**(
), ZHANG Yifan1
Received:2023-12-21
Online:2024-04-29
摘要:
为探究不同能量结构炸药对舰船的毁伤规律,开展不同能量结构炸药水下爆炸对舰船多舱结构的毁伤特性研究。通过任意拉格朗日-欧拉方法模拟TNT、PBXC19、H6和PBXN111共4种炸药水下爆炸能量输出结构,获取不同炸药的冲击波能和气泡能占比;分析不同能量结构炸药对多舱结构的破坏机理,获取不同能量结构炸药对多舱结构的毁伤特征。研究结果表明:同等装药情况下,炸药的冲击波能越大则冲击波阶段毁伤越严重,气泡能越大则气泡阶段毁伤越严重,2.28倍TNT冲击波能的炸药PBXC19在冲击波阶段舷侧外板破口直径比TNT增加30.2%;气泡在自由液面破碎的条件下,1.44倍TNT气泡能炸药H6在气泡阶段舷侧外板破口直径比TNT增加9.9%;增大炸药冲击能和气泡能会显著增加冲击波和气泡载荷对舰船多舱结构的毁伤效果。
中图分类号:
王涛, 刘亮涛, 王金相, 张轶凡. 不同能量结构炸药水下爆炸对舷侧多舱结构毁伤特性[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231201-.
WANG Tao, LIU Liangtao, WANG Jinxiang, ZHANG Yifan. The Damage Characteristics of Underwater Explosion of Explosives with Different Energy Structures on the Side Multi-cabin Structure[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(1): 231201-.
| ρ0/ (kg·m-3) | C/ (m·s-1) | γ0 | a | S1 | S2 | S3 | E/MPa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1025 | 1480 | 0.35 | 0 | 1.921 | -0.096 | 0 | 0.2895 |
表1 水的参数[43]
Table1 Parameters of water[43]
| ρ0/ (kg·m-3) | C/ (m·s-1) | γ0 | a | S1 | S2 | S3 | E/MPa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1025 | 1480 | 0.35 | 0 | 1.921 | -0.096 | 0 | 0.2895 |
| ρ/ (kg·m-3) | E/Pa | μ | A/Pa | B/Pa | C | m |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 7850 | 2.1×1011 | 0.3 | 4.6×108 | 3.2×108 | 0.022 | 1 |
| n | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | |
| 0.36 | 0.2 | 0 | 0 | 0 | 0 |
表2 907A钢的参数
Table2 Parameters of 907A steel
| ρ/ (kg·m-3) | E/Pa | μ | A/Pa | B/Pa | C | m |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 7850 | 2.1×1011 | 0.3 | 4.6×108 | 3.2×108 | 0.022 | 1 |
| n | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | |
| 0.36 | 0.2 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 炸药 | A/GPa | B/GPa | R1 | R2 | ω | E/GPa | ρ/(kg·m-3) | DC-J/(m·s-1) | pC-J/GPa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TNT | 373.8 | 3.75 | 4.15 | 0.9 | 0.35 | 7 | 1630 | 6930 | 21 |
| PBXC19 | 2644.4 | 26.79 | 6.13 | 1.5 | 0.5 | 11.5 | 1896 | 9083 | 34.5 |
| H6 | 758.07 | 8.513 | 4.9 | 1.1 | 0.2 | 10.3 | 1760 | 7470 | 24 |
| PBXN111 | 372.9 | 5.412 | 4.453 | 1.102 | 0.35 | 12.95 | 1792 | 6476 | 20.84 |
表3 炸药的参数
Table3 Parameters of explosives
| 炸药 | A/GPa | B/GPa | R1 | R2 | ω | E/GPa | ρ/(kg·m-3) | DC-J/(m·s-1) | pC-J/GPa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TNT | 373.8 | 3.75 | 4.15 | 0.9 | 0.35 | 7 | 1630 | 6930 | 21 |
| PBXC19 | 2644.4 | 26.79 | 6.13 | 1.5 | 0.5 | 11.5 | 1896 | 9083 | 34.5 |
| H6 | 758.07 | 8.513 | 4.9 | 1.1 | 0.2 | 10.3 | 1760 | 7470 | 24 |
| PBXN111 | 372.9 | 5.412 | 4.453 | 1.102 | 0.35 | 12.95 | 1792 | 6476 | 20.84 |
| 网格尺寸/cm | 炸药直径/网格尺寸 | 压力峰值/MPa | 误差/% |
|---|---|---|---|
| 0.20 | 7.15 | 11.37 | 7.37 |
| 0.25 | 5.72 | 11.36 | 7.40 |
| 0.35 | 4.09 | 11.14 | 9.24 |
| 0.45 | 3.18 | 10.89 | 11.21 |
表4 有限元网格收敛性分析
Table4 Convergence analysis of finite element mesh
| 网格尺寸/cm | 炸药直径/网格尺寸 | 压力峰值/MPa | 误差/% |
|---|---|---|---|
| 0.20 | 7.15 | 11.37 | 7.37 |
| 0.25 | 5.72 | 11.36 | 7.40 |
| 0.35 | 4.09 | 11.14 | 9.24 |
| 0.45 | 3.18 | 10.89 | 11.21 |
| 序号 | 试验结果 | 仿真结果 | 序号 | 试验结果 | 仿真结果 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | | | 6 | | |
| 2 | | | 7 | | |
| 3 | | | 8 | | |
| 4 | | | 9 | | |
| 5 | | | 10 | | |
表5 仿真结果与试验结果对比
Table5 Comparison of numerically calculated results and experimental results
| 序号 | 试验结果 | 仿真结果 | 序号 | 试验结果 | 仿真结果 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | | | 6 | | |
| 2 | | | 7 | | |
| 3 | | | 8 | | |
| 4 | | | 9 | | |
| 5 | | | 10 | | |
| 炸药 | 压力峰值/ MPa | 气泡 周期/s | 气泡 半径/m | 比冲击波能/ (MJ·kg-1) | 比气泡能/ (MJ·kg-1) | et/ (MJ·kg-1) | es/esTNT | eb/ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TNT | 152 | 0.109 | 0.687 | 0.98 | 2.45 | 3.67 | 1.00 | 1.00 |
| PBXC19 | 281 | 0.099 | 0.679 | 2.23 | 1.84 | 4.93 | 2.28 | 0.75 |
| H6 | 159 | 0.123 | 0.760 | 1.15 | 3.53 | 5.01 | 1.17 | 1.44 |
| PBXN111 | 194 | 0.130 | 0.799 | 1.80 | 4.16 | 6.41 | 1.84 | 1.70 |
表6 不同炸药的水下爆炸结果
Table 6 Underwater explosion results of different explosives
| 炸药 | 压力峰值/ MPa | 气泡 周期/s | 气泡 半径/m | 比冲击波能/ (MJ·kg-1) | 比气泡能/ (MJ·kg-1) | et/ (MJ·kg-1) | es/esTNT | eb/ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TNT | 152 | 0.109 | 0.687 | 0.98 | 2.45 | 3.67 | 1.00 | 1.00 |
| PBXC19 | 281 | 0.099 | 0.679 | 2.23 | 1.84 | 4.93 | 2.28 | 0.75 |
| H6 | 159 | 0.123 | 0.760 | 1.15 | 3.53 | 5.01 | 1.17 | 1.44 |
| PBXN111 | 194 | 0.130 | 0.799 | 1.80 | 4.16 | 6.41 | 1.84 | 1.70 |
| 炸药 | 冲击波阶段/m | 气泡阶段/m |
|---|---|---|
| TNT | 2.78 | 5.48 |
| PBXC19 | 3.62 | 5.33 |
| H6 | 3.14 | 6.02 |
| PBXN111 | 3.61 | 6.48 |
表7 不同炸药在冲击波和气泡阶段对舷侧外板毁伤破口平均直径
Table7 Average rupture diameter of side shell caused by different explosives during the shock wave and bubble stages
| 炸药 | 冲击波阶段/m | 气泡阶段/m |
|---|---|---|
| TNT | 2.78 | 5.48 |
| PBXC19 | 3.62 | 5.33 |
| H6 | 3.14 | 6.02 |
| PBXN111 | 3.61 | 6.48 |
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