基于ANSYS/LS-DYNA的Q235鋼箱局部爆炸數(shù)值仿真研究
發(fā)布時(shí)間：2021-09-02 04:13
艦船作為海上主要軍事力量,通常是敵對(duì)勢(shì)力重點(diǎn)打擊對(duì)象,其抗爆性研究一直是國(guó)內(nèi)外熱點(diǎn)。目前,艦船艙室壁板材料主要為921A鋼板,為節(jié)約實(shí)驗(yàn)資源,一般可采用等效的Q235鋼板作為替代。根據(jù)打擊方式的不同,戰(zhàn)斗武器打擊艦船艙室通常會(huì)有兩種爆炸方式:一種是戰(zhàn)斗部侵入艙室內(nèi)部發(fā)生爆炸;另一種是戰(zhàn)斗部侵入艦船內(nèi)部,在非方形鋼箱容器和管道等重要結(jié)構(gòu)附近發(fā)生爆炸。針對(duì)這兩種爆炸方式,本文以Q235鋼作為艙室壁板材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗爆研究,分析了艦船內(nèi)方形艙室內(nèi)爆和橢圓柱形容器鋼箱室局部外爆條件下的破壞機(jī)理。本文做了以下三個(gè)方面工作的研究:1對(duì)固支鋼板在自由場(chǎng)中爆炸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了仿真模擬,計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)誤差在10%以內(nèi)。靶標(biāo)變形的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程基本符合固支板的變形模式,仿真結(jié)果與實(shí)際情況相近,由此確定了仿真選取的材料參數(shù)和算法對(duì)爆炸工況模擬適用。以此為基礎(chǔ),為了研究?jī)煞N材料的等效性,做了比例爆心距取值在0.445-0.891 m·kg-1/3范圍內(nèi)的Q235鋼板和921A鋼板的抗爆仿真,得到它們之間的厚度替代關(guān)系。2在單一壁板研究基礎(chǔ)上,深入研究艙室結(jié)構(gòu)的內(nèi)爆破壞。按艦船艙室尺寸設(shè)計(jì)一個(gè)...
【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省
【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
大型鋼箱艦船艦船在海上作戰(zhàn)中的地位非常特殊，它既是戰(zhàn)斗中的指揮大腦，也是被打擊的
(a)艦船抗爆實(shí)驗(yàn) (b)艦船毀傷破壞圖 1.2 艦船爆炸破壞艦船等在控制領(lǐng)海權(quán)上起了很重要的作用，為了克制它們的海上能力，很多強(qiáng)力反艦武器正在不斷研發(fā)。武器穿入艦船內(nèi)部爆炸，相對(duì)于在自由場(chǎng)中爆炸，沖擊波在壁板上產(chǎn)生的壓力更高，使密閉艙室造成更大破壞；且沖擊波受阻在約束結(jié)構(gòu)內(nèi)部多次反射疊加，衰減緩慢，對(duì)目標(biāo)物有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)破壞。所以艦船艙室的安全性急需進(jìn)行抗爆研究。由于整個(gè)艦船的尺寸過大，通常選取艦船內(nèi)部的單一鋼艙室作為研究目標(biāo)。目前，在艙室壁板上焊接加強(qiáng)筋或側(cè)舷等防爆鞏固結(jié)構(gòu)，可以在一定程度上提高其抗爆性能。綜上，鋼箱室結(jié)構(gòu)艦船面臨的主要威脅是爆炸武器。爆炸沖擊對(duì)艦船等重要的建筑運(yùn)輸結(jié)構(gòu)造成了很大威脅，艦船艙室的抗爆性能值得更多的研究投入。因此，本文主要對(duì)典型的艦船鋼箱室進(jìn)行抗爆研究，分析沖擊波的傳播方式以及箱室壁板的破壞模式，并根據(jù)破壞機(jī)理和程度在結(jié)構(gòu)的薄弱區(qū)提出抗爆加固的建議。在工程上，該研究對(duì)提高艦船艙室等鋼箱結(jié)構(gòu)的安全抗爆性具有明確的指導(dǎo)意義。
根據(jù)需求有溫壓炸藥、煙霧彈、閃光彈等，比如溫壓藥，既有爆炸破壞功能，又能在后續(xù)的破壞中起到持續(xù)燃燒效果，是一種高功能的毀傷炸藥。1.2.2 爆炸環(huán)境研究裝藥爆炸主要在兩種介質(zhì)中：水下爆炸和空中爆炸。水下爆炸，裝藥在水下爆炸的過程比空氣中的復(fù)雜，且水的密度大約為空氣的 1000 倍，附近的介質(zhì)不同，爆炸的物理現(xiàn)象也不一樣。有數(shù)據(jù)表明，炸藥在水介質(zhì)中爆炸的最初階段，附近的壓力會(huì)比在空氣中高出 10 倍以上。炸藥在水介質(zhì)中爆炸短時(shí)間產(chǎn)生的超壓大，靶標(biāo)受作用后會(huì)產(chǎn)生撓曲，撕裂，剪切斷裂等破壞[18]。Swisdak[19-20]等做了一些不同爆炸比例距離下的實(shí)驗(yàn)，得到了兩組空中爆炸與水中爆炸的沖擊波超壓值。在一定范圍內(nèi)得到炸藥在兩種介質(zhì)中沖擊波超壓的轉(zhuǎn)換公式�？諝獗�，爆炸機(jī)理較水中容易，由于爆點(diǎn)位置的不同，爆炸沖擊波的傳播方式也不同，即爆炸環(huán)境的不同，沖擊波的作用機(jī)理也會(huì)有差異。圖 1.3 為自由場(chǎng)空間爆炸，爆源附近某點(diǎn)的時(shí)間和壓力的關(guān)系曲線。圖 1.4 為約束情況下，內(nèi)爆[21]附近某點(diǎn)的時(shí)間和壓力的關(guān)系曲線。
本文編號(hào)：3378286
【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省
【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
大型鋼箱艦船艦船在海上作戰(zhàn)中的地位非常特殊，它既是戰(zhàn)斗中的指揮大腦，也是被打擊的
(a)艦船抗爆實(shí)驗(yàn) (b)艦船毀傷破壞圖 1.2 艦船爆炸破壞艦船等在控制領(lǐng)海權(quán)上起了很重要的作用，為了克制它們的海上能力，很多強(qiáng)力反艦武器正在不斷研發(fā)。武器穿入艦船內(nèi)部爆炸，相對(duì)于在自由場(chǎng)中爆炸，沖擊波在壁板上產(chǎn)生的壓力更高，使密閉艙室造成更大破壞；且沖擊波受阻在約束結(jié)構(gòu)內(nèi)部多次反射疊加，衰減緩慢，對(duì)目標(biāo)物有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)破壞。所以艦船艙室的安全性急需進(jìn)行抗爆研究。由于整個(gè)艦船的尺寸過大，通常選取艦船內(nèi)部的單一鋼艙室作為研究目標(biāo)。目前，在艙室壁板上焊接加強(qiáng)筋或側(cè)舷等防爆鞏固結(jié)構(gòu)，可以在一定程度上提高其抗爆性能。綜上，鋼箱室結(jié)構(gòu)艦船面臨的主要威脅是爆炸武器。爆炸沖擊對(duì)艦船等重要的建筑運(yùn)輸結(jié)構(gòu)造成了很大威脅，艦船艙室的抗爆性能值得更多的研究投入。因此，本文主要對(duì)典型的艦船鋼箱室進(jìn)行抗爆研究，分析沖擊波的傳播方式以及箱室壁板的破壞模式，并根據(jù)破壞機(jī)理和程度在結(jié)構(gòu)的薄弱區(qū)提出抗爆加固的建議。在工程上，該研究對(duì)提高艦船艙室等鋼箱結(jié)構(gòu)的安全抗爆性具有明確的指導(dǎo)意義。
根據(jù)需求有溫壓炸藥、煙霧彈、閃光彈等，比如溫壓藥，既有爆炸破壞功能，又能在后續(xù)的破壞中起到持續(xù)燃燒效果，是一種高功能的毀傷炸藥。1.2.2 爆炸環(huán)境研究裝藥爆炸主要在兩種介質(zhì)中：水下爆炸和空中爆炸。水下爆炸，裝藥在水下爆炸的過程比空氣中的復(fù)雜，且水的密度大約為空氣的 1000 倍，附近的介質(zhì)不同，爆炸的物理現(xiàn)象也不一樣。有數(shù)據(jù)表明，炸藥在水介質(zhì)中爆炸的最初階段，附近的壓力會(huì)比在空氣中高出 10 倍以上。炸藥在水介質(zhì)中爆炸短時(shí)間產(chǎn)生的超壓大，靶標(biāo)受作用后會(huì)產(chǎn)生撓曲，撕裂，剪切斷裂等破壞[18]。Swisdak[19-20]等做了一些不同爆炸比例距離下的實(shí)驗(yàn)，得到了兩組空中爆炸與水中爆炸的沖擊波超壓值。在一定范圍內(nèi)得到炸藥在兩種介質(zhì)中沖擊波超壓的轉(zhuǎn)換公式�？諝獗�，爆炸機(jī)理較水中容易，由于爆點(diǎn)位置的不同，爆炸沖擊波的傳播方式也不同，即爆炸環(huán)境的不同，沖擊波的作用機(jī)理也會(huì)有差異。圖 1.3 為自由場(chǎng)空間爆炸，爆源附近某點(diǎn)的時(shí)間和壓力的關(guān)系曲線。圖 1.4 為約束情況下，內(nèi)爆[21]附近某點(diǎn)的時(shí)間和壓力的關(guān)系曲線。
本文編號(hào)：3378286
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