现代海战,舰艇会遭受到各类反舰武器的袭击,反舰导弹在舰艇周围爆炸,或穿舱进入舰内爆炸,其主要破坏甲板、上建以及外板结构。因此,针对反舰武器的攻击方式和舰船防护两个方面,各国海军竞相进行了深入研究。
我国在舰艇的生命力研究方面起步比较晚,所以目前关于空中爆炸方面的数据和相关理论都积累得不多,而且大部分只是对爆炸的过程进行了研究,并没有考虑到结构的耦合,即便考虑结构的因素,在空中爆炸的研究中,也只是针对简单的板架结构。95100
舰船在空中爆炸载荷作用下,船体局部结构会发生大变形,严重时还可能会出现破口。在炸药包的爆轰过程当中,大量高温气体跟空气相互作用,向外迅速膨胀,当运动至船体表面时,产生的冲击波跟船体结构互相作用,造成一次破坏,同时,产生的弹片会对舰艇造成二次毁伤。由此见得,空中爆炸对舰艇的破坏是一个非常复杂的过程,并为相关研究带来了不小的难度。
下面依次从数值、试验、理论三个方向的研究来阐述舰艇的空中爆炸研究现状。
数值仿真方面,船体动态响应除了通过大型有限元计算软件直接计算得到外,还使用有限元计算软件相与编程软件结合处理的方式,利用施加在船体结构上的计算得到载荷进行分析,这是国内外的相关科研单位的一般研究方法。常用的大型有限元计算软件有:ABAQUS、ADINA、MSC -NASTRAN、LS-DYNA等等,上述软件在计算非线性动力问题的效果非常显著。在计算结构碰撞、冲击、爆炸方面,LS-DYNA具有独到的优势,因此在爆炸领域得到广泛使用。
试验研究方面,由于对空中爆炸的研究,对于国防领域具有重大意义,因此针对空爆的毁伤机理和计算方法,国内外众多学者开展了大量的研究。美、俄等国的海军,开展过不少的实船实弹试验,以此检验军舰的抗爆抗冲击性和反舰导弹的破坏效果,我国海军通过实船实弹试验的方式,得到了为数不多的珍贵数据。国外学者Brode,Sadovskyi,Henrych,Alekseev等人使用实验与理论相结合的方式得到空爆冲击波载荷的计算经验公式,并划定了适用范围,国外学者Taylor为求解爆炸冲击波的动量以及质量守恒方程,对冲击波参数进行了相似假定,得到了著名的“泰勒相似解”。国内学者通过试验,在空爆环境载荷下,舰船的整体或板架结构试验数据,得出破口计算公式。
理论研究方面,舰艇结构在空中非接触爆炸条件下,会涉及到的理论有爆轰产物、气体方程、传播规律等,因此利用解析解的方法来探究空中非接触爆炸条件下的冲击载荷以及结构动响的难度是比较大的。由于空爆载荷作用,平板结构和加筋板架结构,会发生几何非线性与横向剪切变形,通过深入的研究,学者们总结出了计算公式来计算船体板架结构变形。在空中爆炸领域上,我国的上海交大、哈工程、701研究所、海军工程大学等单位展开了一系列的探究,而且获得了不小的成果,利用理论分析方法,进行分析和推导,得出了应力波的一般传播规律,但应用于舰船整体的研究时,以上理论具有不小的局限性。
综上所诉,我们可以知道对空中爆炸的理论研究还不是很完善,如何用比较准确的算法和耦合方式更好的模拟整个过程并得到更精准的数据也是研究的突破点。大多数研究都是基于数值模拟的基础上,未进行实验,与实验数据对比进行分析。并且大多数论文的试验都使用的是模型试验,模型比例可能会带来的数据的不准确和失真性。对舰船上的设备的抗性研究还存在很多问题,如何提出更好的理论,如何精准的建立模型,采用更好的算法是我们要思考的。并且对舰船在不同爆炸距离和攻击方位等情况下舷侧防护结构动响应的研究还不够全面,没有从规律上说明这些参数的变化对舷侧防护结构动响应的影响,关于这一方面的完全需要进一步的完善。 空中爆炸载荷模拟国内外研究现状:http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_203499.html