鄧新文　周學(xué)濱　張夢(mèng)　劉文思

摘 要：實(shí)船爆炸試驗(yàn)是檢驗(yàn)艦艇抗沖擊能力最直接、最有效的手段。實(shí)船爆炸試驗(yàn)對(duì)海區(qū)等環(huán)境的要求高，且水下爆炸對(duì)艦艇的作用復(fù)雜，各種影響因素較多，在實(shí)際試驗(yàn)中往往很難滿足考核要求。因此，利用數(shù)值法對(duì)艦艇在不同攻角狀態(tài)下的實(shí)船爆炸試驗(yàn)沖擊響應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比分析。對(duì)比結(jié)果表明，在相同沖擊因子的作用下，不同攻角對(duì)試艦的Mises應(yīng)力和沖擊加速度幅值有一定的影響，但不影響加速度等的沖擊響應(yīng)衰減規(guī)律。

關(guān)鍵詞：爆源；爆炸試驗(yàn)；攻角；沖擊響應(yīng)

中圖分類號(hào)：U661.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.017

艦艇抗水下爆炸沖擊能力研究是艦艇生命力研究中的重要內(nèi)容之一，世界各國(guó)均十分重視。美國(guó)海軍對(duì)艦艇抗沖擊制定了嚴(yán)格的考核標(biāo)準(zhǔn)，各種新研制的艦艇都要經(jīng)過(guò)5次海上實(shí)船爆炸試驗(yàn)，艦艇長(zhǎng)度<100 m的需通過(guò)1 000 kg的爆源的實(shí)船爆炸沖擊考核，艦艇長(zhǎng)度>100 m的需通過(guò)4 500 kg的爆源的實(shí)船爆炸沖擊考核。

炸藥在水下爆炸比空中爆炸復(fù)雜得多，對(duì)目標(biāo)的毀傷機(jī)理區(qū)別較大。在實(shí)船爆炸試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，通常以一定的攻角進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，比如在某型艇抗沖擊試驗(yàn)中，以40°爆源攻角進(jìn)行試驗(yàn)考核。試驗(yàn)中，隨著爆距的增加，當(dāng)爆距大于80 m時(shí)，部分試驗(yàn)海區(qū)的水深將無(wú)法滿足試驗(yàn)要求，因此，需要減小試驗(yàn)攻角。

為了研究不同攻角工況下，相同沖擊因子對(duì)實(shí)船爆炸試驗(yàn)沖擊響應(yīng)的影響，本文采用數(shù)值仿真計(jì)算軟件ABAQUS中的聲固耦合方法，模擬了水下非接觸爆炸作用下艦船的響應(yīng)，并對(duì)不同攻角條件下典型測(cè)點(diǎn)的沖擊響應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 水下爆炸目標(biāo)沖擊因子的計(jì)算方法

由于水為密實(shí)介質(zhì)，水下爆炸比空中爆炸要復(fù)雜得多，相同的爆源當(dāng)量在水下爆炸的殺傷力要遠(yuǎn)大于在空中爆炸。

3 仿真計(jì)算有限元模型

船體結(jié)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的彈性體，計(jì)算其動(dòng)力響應(yīng)時(shí)必須確定正確的力學(xué)模型和適合的計(jì)算方法。由于艦船結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在有限元建模時(shí)，應(yīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化船體，用梁?jiǎn)卧M各種橫梁、桁、龍骨等結(jié)構(gòu)，用殼單元模擬船的外殼、甲板、隔壁等板殼結(jié)構(gòu)，并用質(zhì)量單元模擬各種大型設(shè)備。根據(jù)某船體的結(jié)構(gòu)圖紙，用ANSYS軟件進(jìn)行了建模，圖2為某船的有限元模型，圖3為帶周圍流場(chǎng)的有限元模型。

從圖7和表2中可看出，攻角為40°的工況與攻角為30°的工況在垂向加速度上有明顯的差別，其與Mises應(yīng)力有關(guān)，但攻角不同時(shí)對(duì)加速度的變化趨勢(shì)沒(méi)有影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算可以看出，在其他參數(shù)相同的情況下，被試艦的攻角對(duì)同一位置的Mises應(yīng)力和沖擊加速度響應(yīng)有比較明顯的影響，被試艦的攻角對(duì)其沖擊響應(yīng)的影響主要根據(jù)沖擊波的作用面積而變化。此外，被試艦的攻角雖然對(duì)加速度幅值有一定的影響，但對(duì)加速度的衰減規(guī)律影響較小，在一定范圍內(nèi)增加或減少試驗(yàn)攻角對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定影響不大。

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〔編輯：張思楠〕