舰船结构爆炸毁伤数值仿真与试验

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 水面舰船面临的反舰导弹威胁 1
1.2 反舰导弹类型及其对舰船的爆炸载荷 3
1.2.1 反舰导弹的类型 3
1.2.2 反舰导弹的爆炸载荷 4
1.3 舰船抗爆防护结构 5
1.3.1 航空母舰防护结构的发展 5
1.3.2 驱逐舰对反舰导弹的防护结构 9
1.3.3 关键问题 10
第2章 爆炸与冲击问题的数值仿真方法 13
2.1 爆炸与冲击问题的数值模拟方法介绍 13
2.2 欧拉型计算方法 14
2.2.1 控制方程组 14
2.2.2 计算域的离散 19
2.2.3 偏微分方程组的差分离散 20
2.3 拉格朗日型计算方法 23
2.3.1 控制方程组 23
2.3.2 空间有限元离散化 25
2.3.3 高斯积分与沙漏问题 27
2.3.4 时间积分和时间步长控制 30
2.3.5 应力计算 30
2.3.6 冲击波与人工体积黏性 31
2.4 光滑粒子流体动力学方法 32
2.4.1 核估计 32
2.4.2 守恒方程组的离散 33
第3章 舰船舱室中的冲击波及其计算方法 40
3.1 引言 40
3.2 爆炸冲击波的特性 40
3.2.1 空气中冲击波的形成 40
3.2.2 冲击波阵面的兰金-于戈尼奥条件 41
3.2.3 冲击波的初始参数 43
3.3 爆炸冲击波的传播理论 44
3.3.1 基本控制方程 45
3.3.2 冲击波传播的计算方法 45
3.4 基于改进WENO的高精度冲击波数值计算 47
3.4.1 控制方程及维数分裂 47
3.4.2 数值计算方法 48
3.4.3 程序实现 52
3.4.4 改进WENO的数值验证 53
3.4.5 数值计算程序的试验验证 54
3.4.6 约束空间爆炸载荷的影响因素分析 62
3.5 基于AUTODYN程序的舱内爆炸载荷数值计算 63
3.5.1 舱内爆炸试验的数值计算 64
3.5.2 舱内爆炸载荷试验与数值计算结果对比 70
3.6 舱内爆炸冲击波载荷特性及舱室结构响应的试验 74
3.7 舱内爆炸载荷的简化计算方法 80
3.7.1 准静态压力载荷计算方法 80
3.7.2 欧拉-板单元完全耦合计算方法 83
3.7.3 基于压力流出模型的舱内爆炸载荷简化计算方法 84
3.8 总结 86
第4章 弹体对舰船结构的穿甲效应 88
4.1 引言 88
4.2 截锥形弹穿甲薄板数值仿真研究 88
4.2.1 弹、靶结构与材料模型 88
4.2.2 锥形弹、薄板网格划分 90
4.2.3 截锥形弹正穿甲数值仿真分析 90
4.2.4 正穿甲数值仿真与试验结果对比 92
4.2.5 45°斜穿甲数值仿真与试验结果对比 93
4.3 网格尺寸对穿甲数值仿真的影响 94
4.3.1 靶板网格尺寸划分 94
4.3.2 不同网格尺寸穿甲结果比较分析 94
4.4 锥形弹正穿甲薄靶板的数值计算 97
4.4.1 锥形弹对薄靶板的正穿甲过程 97
4.4.2 锥形弹对薄靶板的斜穿甲过程 99
4.4.3 斜撞击薄板破坏模式分析 100
4.4.4 锥形弹斜穿甲剩余速度分析 105
4.4.5 锥形弹低、高斜角穿甲区域的重新界定 106
4.5 锥形弹斜穿甲薄板剩余速度理论分析 111
4.5.1 锥形弹低斜角穿甲薄板剩余速度理论分析 111
4.5.2 锥形弹高斜角穿甲薄板剩余速度理论分析 119
4.6 反舰导弹穿甲舰船舷侧板架过程的数值计算 130
4.6.1 导弹与舰舷板架数值仿真模型 130
4.6.2 不同打击位置分析 133
4.7 入射角对斜穿甲板架特性的影响 137
4.7.1 水平斜穿甲舰舷板架 137
4.7.2 垂向斜穿甲舰舷板架 140
4.8 总结 141
第5章 圆柱形战斗部等效载荷特性研究 142
5.1 引言 142
5.2 战斗部爆炸载荷 142
5.3 理论分析模型 148
5.3.1 圆柱形壳体形成破片过程 149
5.3.2 壳体对爆炸冲击波的影响 151
5.3.3 试验对比分析 152
5.4 圆柱形战斗部爆炸形成自然破片过程数值模拟 153
5.4.1 SPH算法 154
5.4.2 Shock状态方程 155
5.4.3 战斗部壳体材料本构 157
5.4.4 材料随机失效准则 158
5.4.5 数值计算方法的验证 159
5.4.6 数值计算结果 159
5.5 试验对比 172
5.5.1 破片分布情况对比 172
5.5.2 破片速度对比 173
5.6 半预制破片战斗部的破片特性 174
5.6.1 数值计算模型 174
5.6.2 网格尺寸影响分析 176
5.6.3 数值计算结果分析 178
5.6.4 结果对比分析 183
5.7 总结 185
第6章 冲击波和破片耦合作用下舰船结构响应的试验和数值计算 187
6.1 引言 187
6.2 多层防护结构内部爆炸试验模型 188
6.2.1 试验模型 188
6.2.2 测点布置及试验方法 190
6.2.3 试验结果及分析 192
6.3 冲击波和破片耦合作用下结构响应的数值计算 203
6.3.1 爆炸载荷与结构的耦合作用 204
6.3.2 计算模型和相关参数设置 207
6.3.3 复合多层防护结构模型响应的数值计算 209
6.3.4 液舱的防护机理 213
6.3.5 冲击波和破片的耦合破坏效应 215
6.4 总结 218
第7章 爆炸载荷下舰船结构缩比模型设计方法 221
7.1 引言 221
7.1.1 爆炸载荷下缩比模型试验 221
7.1.2 爆炸载荷下结构动态响应缩比试验模型的特点 221
7.1.3 国内外研究进展 223
7.1.4 需探索的问题 225
7.2 冲击载荷作用下结构动态响应相似分析 226
7.2.1 三类动态响应金属材料本构方程对比及选取 226
7.2.2 应变率效应的影响 231
7.3 爆炸载荷作用下结构动态响应相似性准则 236
7.3.1 基于冲量的爆炸载荷相似关系修正式 237
7.3.2 药量修正 240
7.3.3 相似修正法相关算例验证 244
7.4 几何畸变结构的动态响应相似性分析 248
7.4.1 两种畸变相似预报方法 248
7.4.2 爆炸载荷作用下板厚畸变模型动态响应相似预报 257
7.5 总结 264
参考文献 265