MSC/DYTRAN侵彻载荷作用下舰船舱壁结构动态响应研究(3)

第三章简要介绍使用MSC/DYTRAN建立有限元模型的过程,首先对立方体破片和舱壁结构进行结构简化、网格划分以及网格细化,然后通过选定限制条件来确定


第三章简要介绍使用MSC/DYTRAN建立有限元模型的过程,首先对立方体破片和舱壁结构进行结构简化、网格划分以及网格细化,然后通过选定限制条件来确定多种计算工况,模型的载荷以及边界条件和接触的定义,随后生成输出文件,最后简述在建立模型期间得出的一些使用的结论。

第四章主要研究了破片以及舰船舱壁在侵彻载荷作用下的动态响应,通过舱壁的所受应力、位移、变形能(吸能)以及破片的剩余速度、剩余动能来找出最为危险的侵彻点。在此侵彻点的基础上再选择应用不同的速度来侵彻舱壁,最后对于舱壁的破坏、应力应变、变形能(吸能)以及破片的速度、加速度和剩余动能进行总体分析并得出结论。

第2章 侵彻理论及数值模拟方法研究

2.1引言

反舰武器主要通过外部爆炸和内部爆炸对舰船造成损害,进而造成人员伤亡、舰船破坏。外部爆炸主要使舰船外体结构发生变形、破损,使船舶的浮稳性受损,对于人员、设备的损伤较小;内部爆炸则是破坏舷侧,进入船体内部爆炸,爆炸生成数以万计的高速破片侵彻四周舱壁,破片使舱壁产生变形、裂纹甚至破口,而由爆炸产生的冲击波则进一步破坏这些进而使舱壁整体破坏,然后破片、冲击波对相邻舱室进行破坏。内部爆炸以及破片侵彻对于船体结构的破坏相比外部爆炸威胁更大,对于舱内人员以及精密设备的损害则更是灾难性的。因此,对侵彻理论的了解是进行后续舰船舱壁结构动态响应的前提。

本章简单介绍了侵彻相关理论,从侵彻类型、靶板分类、靶板破坏形式、破片破坏形式四个方面介绍破片侵彻靶板理论,为侵彻载荷作用下舰船舱壁结构动态响应研究提供理论基础。

第一章讲述了侵彻研究的三种方法,可以了解到实验研究是最直接有效的方法,通过实验研究可以得出大量真实有效的数据,总结出经验公式,但是实验成本太高;理论研究通过简化模型运用能量守恒或动量守恒原理建立方程但是不够精准;数值仿真能够兼顾准确与高校,是相对可靠的方法。通过数值模拟可以获得穿甲弹侵彻过程具体图像,能清晰的表达出各物理量的变化。而近年来随着有限元软件的发展,计算机技术的增强,侵彻的数值模拟也在不断发展。因此本章也简单介绍下数值模拟方法的研究。

2.2侵彻类型

侵彻也称穿甲或者贯穿,尤其指弹头钻入物体或穿透物体,其大小主要由弹头活力、物质性质和弹头质量决定,其表现形式主要依据侵彻物体的深度。弹体指能满足弹道性能的所有物体,如子弹、炸弹、炮弹等等,它们具有特殊性能的子结构,比如导弹发生爆炸后产生的高速破片。靶体,也称靶板,指穿甲弹体撞击作用的整个构造物,如本文研究的舰船舱壁结构等。侵彻指大量弹体对靶板进行撞击所得总结果,包括“嵌埋”、“穿透”和“跳飞”等过程。

按不同因素将弹体侵彻靶板的现象分类,在各因素中侵彻速度对侵彻现象的影响非常直观,且比其他因素影响更大,因此通常以侵彻速度作为重要衡量指标进行分类。

以不同速度弹体为衡量指标将侵彻现象[26]分类如下:

(1) 低速侵彻( m/s):该速度以下的穿透主要是动力学问题,局部穿透与整体变形密切相关;

(2) 中速侵彻( km/s):在侵彻点周围区域的靶体起主要作用;

(3) 中高速侵彻( km/s):侵彻点周围区域的局部应力远远大于靶体屈服极限,可作近似流体考虑;

(4) 超高速侵彻( km/s):弹体和靶体材料作流体化处理,与此同时还要考虑其可压缩性;

(5) 极高速侵彻( km/s):在侵彻区域内,能量沉积速率非常快,因此可能会导致相撞物体汽化爆炸现象产生。