沉底水下爆炸作用下艦船結(jié)構(gòu)動響應(yīng)數(shù)值模擬

王樹樂 陳高潔

摘 要：該文利用ABAQUS軟件，對某實船模型在沉底水下爆炸載荷作用下的動響應(yīng)進行了數(shù)值模擬。結(jié)果顯示將沉底水下爆炸載荷等效成無限流場載荷的1.7倍是可行的，而縱向應(yīng)變峰值跟結(jié)構(gòu)的材料屬性和結(jié)構(gòu)方式有很大關(guān)系，材料厚度越大，加筋結(jié)構(gòu)相對密集，則縱向應(yīng)變峰值越小。

關(guān)鍵詞：水下爆炸 仿真計算ABAQUS

中圖分類號：U661.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-0-01

水下爆炸問題涉及多個領(lǐng)域，整個過程十分復(fù)雜，使得大部分實際問題很難得到解析解。而隨著計算機硬件和計算方法的不斷發(fā)展進步，水下爆炸數(shù)值研究得到了各國軍方和學(xué)術(shù)界的高度重視，可對關(guān)鍵問題進行重復(fù)細致的研究，已成為研究水下爆炸現(xiàn)象及機理的一項重要手段。

程素秋[1]等通過試驗和數(shù)值仿真方法對沉底爆炸載荷作用下圓柱結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行了研究，將仿真結(jié)果與試驗結(jié)果進行了比對，吻合度比較好。

杜志鵬[2]等為預(yù)測沉底裝藥爆炸產(chǎn)生氣泡的最大半徑和脈動周期，在理論研究的基礎(chǔ)上，通過AUTODYN軟件數(shù)值模擬了水下剛性壁上裝藥爆炸產(chǎn)生氣泡的運動規(guī)律，并將數(shù)值結(jié)果與理論結(jié)果進行了比對，吻合度較好。

B.V.Zamyshlyayev[3]對沉底水下爆炸規(guī)律進行了研究，提出應(yīng)將沉底爆炸簡化為無限水域水下爆炸，將沉底載荷等效為無限水域載荷的107倍。

姚熊亮[4]等利用SPH方法對沉底水雷爆炸威力進行了數(shù)值仿真，對峰值壓力反射系數(shù)和爆炸流場參量進行了細致的研究，認為海底反射系數(shù)水平線夾角有關(guān)，最大可達1.5.

鄭思頊[5]利用ABAQUS軟件對水下爆炸載荷作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)進行了研究，驗證了ABAQUS軟件模擬結(jié)構(gòu)受水下爆炸載荷作用彈塑性響應(yīng)的有效性和準確性。該文利用ABAQUS軟件，數(shù)值模擬了某型船在沉底水下爆炸載荷作用下的動響應(yīng)，對沉底水下爆炸規(guī)律進行了探索。

1 計算模型簡介

該文以某型艦船實船為研究對象，對其進行了整船建模。船長59 m，型寬8.5 m。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格大小0.25 m，水域內(nèi)部網(wǎng)格0.15 m，均勻向外輻射，總網(wǎng)格數(shù)2577245個。建模流程采用ProE建立幾何模型，Hypermesh建立有限元模型，ABAQUS完成數(shù)值計算。計算工況采用1000kgTNT船中舷側(cè)70 m沉底爆炸。

2 數(shù)值計算結(jié)果分析

測點選擇船中橫剖面與總縱剖面交點處，船底、平臺和甲板三個節(jié)點，對加速度和應(yīng)變進行了對比分析，如表1和圖1所示。

加速度峰值從船底至甲板遞減，船底加速度峰值為甲板的5倍，結(jié)構(gòu)的減震效應(yīng)比較明顯；應(yīng)變峰值甲板比船底高，主要原因是這兩處材料屬性和結(jié)構(gòu)加強方式不同，船底板較厚，且船底縱桁和肋骨構(gòu)成的結(jié)構(gòu)加強作用較強，而甲板板較薄，且沒有縱桁的加強，所以應(yīng)變峰值比較大。

3 結(jié)語

（1）該文將沉底水下爆炸載荷等效為無限流場1.7倍載荷，使用ABAQUS軟件數(shù)值模擬了艦船的動響應(yīng)。從數(shù)值結(jié)構(gòu)分析，比較符合水下爆炸規(guī)律。

（2）計算結(jié)果顯示：加速度峰值從船底至甲板遞減，而應(yīng)變峰值跟材料的屬性和附近的結(jié)構(gòu)形式以及載荷強度有關(guān)。一般是材料厚度越大，加筋結(jié)構(gòu)相對密集，則縱向應(yīng)變峰值越小。

參考文獻

[1] 程素秋.遭受沉底爆炸載荷作用下的圓柱結(jié)構(gòu)沖擊損傷計算[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2008（12）.

[2] 杜志鵬.水下剛性壁裝藥爆炸氣泡簡化模型和數(shù)值仿真[J].計算機仿真，2009（4）.

[3] Zamyshlyayev B V.Dynamic loading in underwater explosion[R].AD-757183，1973.

[4] 姚熊亮.沉底水雷爆炸威力的數(shù)值計算[J].爆炸與沖擊，2011（3）.

[5] 鄭思頊.水下爆炸沖擊波對船體結(jié)構(gòu)的損傷研究[D].擊大連理工大學(xué)，2008.