艦船結構爆炸毀傷數(shù)值仿真與試驗

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 水面艦船面臨的反艦導彈威脅 1
1.2 反艦導彈類型及其對艦船的爆炸載荷 3
1.2.1 反艦導彈的類型 3
1.2.2 反艦導彈的爆炸載荷 4
1.3 艦船抗爆防護結構 5
1.3.1 航空母艦防護結構的發(fā)展 5
1.3.2 驅逐艦對反艦導彈的防護結構 9
1.3.3 關鍵問題 10
第2章 爆炸與沖擊問題的數(shù)值仿真方法 13
2.1 爆炸與沖擊問題的數(shù)值模擬方法介紹 13
2.2 歐拉型計算方法 14
2.2.1 控制方程組 14
2.2.2 計算域的離散 19
2.2.3 偏微分方程組的差分離散 20
2.3 拉格朗日型計算方法 23
2.3.1 控制方程組 23
2.3.2 空間有限元離散化 25
2.3.3 高斯積分與沙漏問題 27
2.3.4 時間積分和時間步長控制 30
2.3.5 應力計算 30
2.3.6 沖擊波與人工體積黏性 31
2.4 光滑粒子流體動力學方法 32
2.4.1 核估計 32
2.4.2 守恒方程組的離散 33
第3章 艦船艙室中的沖擊波及其計算方法 40
3.1 引言 40
3.2 爆炸沖擊波的特性 40
3.2.1 空氣中沖擊波的形成 40
3.2.2 沖擊波陣面的蘭金-于戈尼奧條件 41
3.2.3 沖擊波的初始參數(shù) 43
3.3 爆炸沖擊波的傳播理論 44
3.3.1 基本控制方程 45
3.3.2 沖擊波傳播的計算方法 45
3.4 基于改進WENO的高精度沖擊波數(shù)值計算 47
3.4.1 控制方程及維數(shù)分裂 47
3.4.2 數(shù)值計算方法 48
3.4.3 程序實現(xiàn) 52
3.4.4 改進WENO的數(shù)值驗證 53
3.4.5 數(shù)值計算程序的試驗驗證 54
3.4.6 約束空間爆炸載荷的影響因素分析 62
3.5 基于AUTODYN程序的艙內(nèi)爆炸載荷數(shù)值計算 63
3.5.1 艙內(nèi)爆炸試驗的數(shù)值計算 64
3.5.2 艙內(nèi)爆炸載荷試驗與數(shù)值計算結果對比 70
3.6 艙內(nèi)爆炸沖擊波載荷特性及艙室結構響應的試驗 74
3.7 艙內(nèi)爆炸載荷的簡化計算方法 80
3.7.1 準靜態(tài)壓力載荷計算方法 80
3.7.2 歐拉-板單元完全耦合計算方法 83
3.7.3 基于壓力流出模型的艙內(nèi)爆炸載荷簡化計算方法 84
3.8 總結 86
第4章 彈體對艦船結構的穿甲效應 88
4.1 引言 88
4.2 截錐形彈穿甲薄板數(shù)值仿真研究 88
4.2.1 彈、靶結構與材料模型 88
4.2.2 錐形彈、薄板網(wǎng)格劃分 90
4.2.3 截錐形彈正穿甲數(shù)值仿真分析 90
4.2.4 正穿甲數(shù)值仿真與試驗結果對比 92
4.2.5 45°斜穿甲數(shù)值仿真與試驗結果對比 93
4.3 網(wǎng)格尺寸對穿甲數(shù)值仿真的影響 94
4.3.1 靶板網(wǎng)格尺寸劃分 94
4.3.2 不同網(wǎng)格尺寸穿甲結果比較分析 94
4.4 錐形彈正穿甲薄靶板的數(shù)值計算 97
4.4.1 錐形彈對薄靶板的正穿甲過程 97
4.4.2 錐形彈對薄靶板的斜穿甲過程 99
4.4.3 斜撞擊薄板破壞模式分析 100
4.4.4 錐形彈斜穿甲剩余速度分析 105
4.4.5 錐形彈低、高斜角穿甲區(qū)域的重新界定 106
4.5 錐形彈斜穿甲薄板剩余速度理論分析 111
4.5.1 錐形彈低斜角穿甲薄板剩余速度理論分析 111
4.5.2 錐形彈高斜角穿甲薄板剩余速度理論分析 119
4.6 反艦導彈穿甲艦船舷側板架過程的數(shù)值計算 130
4.6.1 導彈與艦舷板架數(shù)值仿真模型 130
4.6.2 不同打擊位置分析 133
4.7 入射角對斜穿甲板架特性的影響 137
4.7.1 水平斜穿甲艦舷板架 137
4.7.2 垂向斜穿甲艦舷板架 140
4.8 總結 141
第5章 圓柱形戰(zhàn)斗部等效載荷特性研究 142
5.1 引言 142
5.2 戰(zhàn)斗部爆炸載荷 142
5.3 理論分析模型 148
5.3.1 圓柱形殼體形成破片過程 149
5.3.2 殼體對爆炸沖擊波的影響 151
5.3.3 試驗對比分析 152
5.4 圓柱形戰(zhàn)斗部爆炸形成自然破片過程數(shù)值模擬 153
5.4.1 SPH算法 154
5.4.2 Shock狀態(tài)方程 155
5.4.3 戰(zhàn)斗部殼體材料本構 157
5.4.4 材料隨機失效準則 158
5.4.5 數(shù)值計算方法的驗證 159
5.4.6 數(shù)值計算結果 159
5.5 試驗對比 172
5.5.1 破片分布情況對比 172
5.5.2 破片速度對比 173
5.6 半預制破片戰(zhàn)斗部的破片特性 174
5.6.1 數(shù)值計算模型 174
5.6.2 網(wǎng)格尺寸影響分析 176
5.6.3 數(shù)值計算結果分析 178
5.6.4 結果對比分析 183
5.7 總結 185
第6章 沖擊波和破片耦合作用下艦船結構響應的試驗和數(shù)值計算 187
6.1 引言 187
6.2 多層防護結構內(nèi)部爆炸試驗模型 188
6.2.1 試驗模型 188
6.2.2 測點布置及試驗方法 190
6.2.3 試驗結果及分析 192
6.3 沖擊波和破片耦合作用下結構響應的數(shù)值計算 203
6.3.1 爆炸載荷與結構的耦合作用 204
6.3.2 計算模型和相關參數(shù)設置 207
6.3.3 復合多層防護結構模型響應的數(shù)值計算 209
6.3.4 液艙的防護機理 213
6.3.5 沖擊波和破片的耦合破壞效應 215
6.4 總結 218
第7章 爆炸載荷下艦船結構縮比模型設計方法 221
7.1 引言 221
7.1.1 爆炸載荷下縮比模型試驗 221
7.1.2 爆炸載荷下結構動態(tài)響應縮比試驗模型的特點 221
7.1.3 國內(nèi)外研究進展 223
7.1.4 需探索的問題 225
7.2 沖擊載荷作用下結構動態(tài)響應相似分析 226
7.2.1 三類動態(tài)響應金屬材料本構方程對比及選取 226
7.2.2 應變率效應的影響 231
7.3 爆炸載荷作用下結構動態(tài)響應相似性準則 236
7.3.1 基于沖量的爆炸載荷相似關系修正式 237
7.3.2 藥量修正 240
7.3.3 相似修正法相關算例驗證 244
7.4 幾何畸變結構的動態(tài)響應相似性分析 248
7.4.1 兩種畸變相似預報方法 248
7.4.2 爆炸載荷作用下板厚畸變模型動態(tài)響應相似預報 257
7.5 總結 264
參考文獻 265