基于ABAQUS软件的舰船水下爆炸研究
第２７卷第１期２００６年２月哈尔滨工程大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶ０１．２７№．１Ｆｅｂ．２００６
基于ＡＢＡＱＵＳ软件的舰船水下爆炸研究
姚熊亮１，张阿漫１，许维军１，汪玉２
（１．哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．海军装备论证研究ｑ－心，北京１０００７３）
摘要：通过数值手段研究水下爆炸气泡脉动载荷作用下的舰船船体总强度．文中应用国际上通用的有限元程序
ＡＢＡＱＵＳ中的声固耦合算法模拟分析了舰船受水下爆炸气泡脉动载荷作用的总体响应；通过大量的数值模拟计算，分析和总结了药包在舰船附近以不同位置、给定深度、不同装药量爆炸时气泡脉动载荷对船体总纵强度的影响，得出了一些有规律性的曲线；并校核了典型工况下气泡脉动载荷以及气泡脉动载荷和波浪载荷联合作用下船体的总
纵强度．计算结果表明：校核船体在气泡脉动载荷作用下的总纵强度的同时必须计入波浪载荷的影响，对相关理论研究和工程计算有一定参考价值．
关键词：舰船；水下爆炸；冲击波；气泡脉动；ＡＢＡＱＵＳ中图分类号：Ｕ６６１．６文献标识码：Ａ文章编号：１００６—７０４３（２００６）０１—００３７—０５
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｗａｒｓｈｉｐｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｅｘｐｌｏｓｉｏｎｗｉｔｈＡＢＡＱＵＳｓｏｆｔｗａｒｅ
ＹＡＯＸｉｏｎｇ—ｌｉａｎ９１，ＺＨＡＮＧＡ－ｍａｎｌ，ＸＵＷｅｉ－ｊｕｎｌ，ＷＡＮＧｙｕ２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｖｙＥｑｕｉｐｍｅｎｔＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ
ａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆａｗａｒｓｈｉｐｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｅｘｐｌｏｓｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｓｈｏｃｋ
ｗａｖｅａｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｐｕｌｓｅｌｏａｄａｃｔｉｏｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｙｂｕｂｂｌｅｐｕｌｓｅ，ｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｕｓｉｎｇＡＢＡＱＵＳｆｉ—
ｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅ．Ａｎａｌｙｚｅｄｗｅｒｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆａｗａｒｓｈｉｐｕｎｄｅｒｂｕｂｂｌｅｄｙｎａｍｉｃｓｌｏａｄａｃｔｉｏｎａｔｖａｒｉ—
ＯＵＳｄｅｐｔｈｓ，ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄｗｅｉｇｈｔｓｏｆｃｈａｒｇｅ，ａｓｗｅｌｌａｓｗｈｅｎｄｙｎａｍｉｔｅｃｈａｒｇｅｓｗｅｒｅｂｌａｓｔｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉ—
ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗａｒｓｈｉｐ．Ｔｈｅｒｅｇｕｌａｒｃｕｒｖｅｓ，ｗｈｉｃｈｓｕｉｔｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｗｅｒｅｇａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｈｕｌｌ’Ｓｌｏｎｇｉ—ｔｕｄｉｎａｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｕｎｄｅｒｔｙｐｉｃａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｓａｎｄｂｕｂｂｌｅｉｍｐｕｌｓｅｌｏａｄａｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｕｐｌｅｄｗｉｔｈｗａｖｅｌｏａｄｓ，ｗａｓ
ｃｈｅｃｋｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｂｕｂｂｌｅｉｍｐｕｌｓｅｌｏａｄａｃｔｉｏｎ’Ｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎａｗａｒｓｈｉｐ’Ｓｐｒｉｍａｒｙｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅ
ｔｈａｔｔｈｅｗａｖｅｌｏａｄｓｍｕｓｔｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｗｈｅｎｔｈｅｈｕｌｌ’Ｓｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｃｈｅｃｋｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｈａｓｖａｌｕｅ
ｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｔｈｅｏｒｙｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｒｓｈｉｐ；ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｅｘｐｌｏｓｉｏｎ；ｓｈｏｃｋｗａｖｅ；ｂｕｂｂｌｅｉｍｐｕｌｓｅ；ＡＢＡＱＵＳ
当前，国际军事竞争的焦点日益集中在争夺海
上控制权，要取得海上控制权需要一支强大的海军，
海军的强大，离不开舰船．随着舰船造价的不断攀
升，各国对舰船的抗冲击性能研究越来越重视，对舰
船在极端情况下的强度要求越来越高．而现行设计和研究船体总强度时一般只计入包括波浪、抨击等
在内的外载荷，并没有包括水下爆炸后的气泡脉动
载荷．而实际上舰船在受到非接触水下爆炸载荷作
收稿日期：２００５—０４—０８．作者简介：姚熊亮（１９６３一），男，教授，博士生导师，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｏｎｇｌｉ．ａｎｇｙａｏ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｒｎ．用时，由冲击波载荷引起的破坏大部分是船体局部
破坏，而冲击波过后的气泡脉动载荷往往会引起船
体的总体破坏．这是由于气泡脉动载荷的频率与舰
船船体的一阶垂向固有频率相当，并且某些工况下
气泡脉动的周期与波浪的周期属同一量级，因此分析舰船在实际海况中航行时遭受非接触水下爆炸载
荷作用时，必须考虑气泡脉动载荷和波浪载荷的联合作用，在这种多载荷相互作用下对船体总强度的
研究是今后舰船抗冲击研究的一个方向．文中主要
在舰船遭受水下爆炸冲击波与气泡脉动载荷下舰船的总纵强度进行学术上的探讨．随着近年来数值仿
真计算软件的普及，国际上相继出现很多种大型有 万方数据·３８·哈尔滨工程大学学报第２７卷
限元动力分析软件（例如ＡＢＡＱＵＳ、ＬＳ—ＤＹＮＡ、ＭｓＣ／ＤＹＴ础Ｎ等），这使得有限元仿真成为计算舰
船冲击响应的切实可行的办法．ＬＳ—ＤＹＮＡ和ＤＹＴ砘气Ｎ在分析舰船水下爆炸过程中均采用√蛆点
算法，而ＡＢＡＱＵＳ采用声固耦合方法．ｍ正算法用
状态方程描述流体和炸药，通过欧拉单元计算冲击
波的传播过程；而声固耦合算法采用一种声学介质
来描述流体，冲击波在声学单元中传播．国内用
ＡＩ点算法研究水下爆炸的文献比较多［１ｑＪ，文中采
用声固耦合方法模拟舰船水下爆炸．
１水下爆炸特点
首先简单的介绍一下水下爆炸气泡的形成，水下爆炸一般呈现２个阶段，冲击波阶段和气泡脉动
阶段［４］．在冲击波阶段，冲击波波头具有突跃的特
点，幅值迅速达到最大，突越后紧接着近似于按指数
规律衰减，衰减持续时间不超过数毫秒；当冲击波过
后，水下爆炸进入气泡脉动阶段，爆炸的气体生成物
（气泡）由于惯性的作用，以逐渐衰减的速度继续膨
胀，气泡内压力不断减少直到小于环境压力．当气泡
半径达到最大时，此时气泡内部压力最小，气泡开始
收缩．由于此时环境比气泡内部压力大得多，气泡半
径迅速缩至最小，随后气泡又开始膨胀，向外流场辐
射二次压力波．在气泡半径第二次达到最大时，气泡又开始收缩．同样的膨胀收缩重复好几次．在气泡脉
动期间，由于浮力的作用下气泡不断往上升，当气泡
到达自由表面时气泡破灭，形成水冢．在冲击波阶
段，水下爆炸容易造成舰船结构局部板的严重破损；
在气泡脉动阶段，水下爆炸容易使船体产生振荡，从
而造成严重的总体结构破损．并且，气泡脉动的周
期、最大半径与药包的爆心和装药量有一定的关系．
２爆炸载荷作用下舰船的总体响应
文中以某Ｉ型水面舰船为例分析舰船在爆炸载
荷（包括冲击波载荷和气泡脉动载荷）作用下舰船的
响应．计算的坐标系统为：原点为中纵剖面、中横剖
面和基线的交点，ｚ轴正向指向船首方向，Ｙ轴正向指向左舷方向，ｚ轴正向为铅直向上，其有限元模型
如图１所示．
鉴于仿真计算的实船模型节点个数达到了数十
万个，要想将气泡作用的响应现象计算出来，至少在
时间步上设置为１Ｓ，这样的计算量是极其巨大的，
在目前的硬件条件下难以实现．于是将船体简化为
一个箱形梁，内部设３层甲板，３个纵壁，３个横壁，
通过调节各板厚，根据结构动力学相似原理，使得该箱形梁一阶垂向总振动频率与实船保持一致，均为
１．１ＦＩｚ．所建立的箱型梁有限元模型如图２所示．
图１Ｉ型舰实船有限元模型
Ｆｉｇ．１Ｍｅｓｈｉｎｇｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆ１ｗａｒｓｈｉｐ
图２箱型梁有限兀模型
Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈｉｎｇｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ
ｏｆｔｈｅｓｉｍｐｌｅｍｏｄｅｌｏｆ１ｗａｒｓｈｉｐ
２．１水下爆炸威力与气泡脉动频率之间的关系
众所周知，当激励力频率与结构的固有频率接
近时，就会引起结构共振，此时结构的破坏最为严
重．通过公式Ｔ：２．１１罢芸ｂ３（ｗ为药包的装药
量，ｋｇ；Ｚ。为药包与自由液面的垂直距离）可以估算
出炸药爆炸后形成的气泡脉动周期．为了研究不同
药包在不同水深爆炸时形成气泡脉动载荷对船体总
纵强度的影响，假设一系列工况，药包均设置在船体
的中下方，以考核该舰中横剖面的应力变化．
定义：
口＝了Ｊ０，（１１Ｊ
卢＝丁．Ｄ１，（２）
∑ｓｉ
ｓｍ２｝·（３）
式中：＾为气泡脉动压力的频率，＾舰船一阶垂向
固有频率，ｓ，为仅冲击波载荷作用下舰船中横剖面
万方数据第１期姚熊亮，等：基于ＡＢＡＱＵＳ软件的舰船水下爆炸研究·３９·
单元上的平均应力，Ｓ，为气泡脉动载荷作用下该舰
中横剖面单元上的平均应力，竹为该舰船体中横剖
面上的单元个数，Ｓ，为该舰中横剖面上每个单元上
的应力．
考虑不同阻尼情况对舰船水下爆炸的影响，设无因次阻尼系数为ｒ，通过大量的数值模拟计算药
包以不同药量不同水深爆炸引起舰船在不同的无因
次阻尼系数情况下中横剖面上的平均应力，以便考
察气泡脉动载荷对船体总纵强度随气泡脉动载荷频
率的变化规律，得出曲线如图３所示：
图３爆炸威力随气泡脉动频率变化曲线
Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｐｏｗｅｒｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｅｘｐｌｏｓｉｏｎａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｐｕｌｓａｔｉｎｇｏｆｔｈｅｂｕｂｂｌｅ
从图３中可以看出：随着阻尼系数善不同，芦值
也不同，当阻尼系数善接近０，卢的峰值最大，即由气泡脉动载荷引起的船中横剖面上的平均应力比冲
击波载荷作用引起的船中横剖面上的平均应力大得
多，实际当中阻尼系数善大致在０．０２～０．０７，从图中可以看出口约为２，说明在实际当中气泡脉动载荷作用对船体总纵强度的影响很大；当坟＜０．４或ａ
＞３．５时，放大系数ｆｌ＜１，即一定装药量的药包在浅水或深水水域爆炸时气泡脉动载荷作用下引起的
船中横剖面上的平均应力比冲击波载荷作用引起的
平均应力小．对于一定装药量的药包，根据上述公式，ａｒｌｌ３［５］Ｔ＝２．１１号耵，当ｗ不变时，由Ｙｏ＝１／Ｔ联立式Ｚ，０（１）可以求得Ｚｏ＝２．４５ａ６／５片佑Ｗ２佑．（４）
式中：Ｚｎ为药包爆心距船中的距离，Ｗ为药包的装
药量，厂】为舰船的一阶垂向固有频率．
从图３中可以看出，当在ｄ＜０．４或ａ＞３．５变
化，即药包爆心在水深范围Ｚｏ＜０．８２霹胚Ｗ２届或磊
＞１１∥５Ｗ２／５爆炸时，气泡脉动载荷作用对船体总纵
强度的影响比冲击波载荷作用对船体总纵强度的影
响小；当０．３＜ａ＜３．２时，即药包在水深ｏ．８２斥垮Ｗ２舟＜Ｚ０＜１１群５Ｗ２巧爆炸，气泡脉动载荷
作用对船体总纵强度的影响比冲击波载荷作用对船
体总纵强度的影响大．２．２水下爆炸威力与爆心位霉之闻的关系
为考核爆心位置不同气泡脉动载荷对船体总纵
强度的影响，假设装药量相同的药包仅爆心位置延
船长方向由船中向船首或船尾方向变化，定义：
“＝ＦＬ．１，（５）Ｌ２
∑ｓｉＵ～２
ｅ２惫·
（６）挖Ｘ３…
式中：Ｌ。为爆心到船中的距离，Ｌ：为船长，／＇／为船
体中横剖面上的单元个数，Ｓｉ为中横剖面上每个单
元上的应力，Ｓ一为中横剖面上的最大应力．
水下爆炸冲击波作用下的空化效应数值仿真研究
水下爆炸冲击波作用下的空化效应数值仿真研究
宗智;陈岗;叶帆;李海涛;赵延杰
【摘 要】水下爆炸冲击波会使自由液面和结构附近的水域产生空化效应，引起的空化区域在闭合溃灭时会对结构产生较大的二次加载现象。文章理论分析了空化区域的形成，并用ABAQUS模拟计算了水下爆炸冲击波产生的空化区域的膨胀扩大、收缩溃灭过程，将模拟结果与实验值进行比较，结果表明，ABAQUS可以很好地模拟水下爆炸冲击波引起的空化现象，并验证了空化溃灭时对结构的二次加载作用是不可以忽略的。%Cavitation can occur in water area near the free surface
and structure subjected to underwater shock. A high reloading pressure is
generated when the cavitation region collapses. In this paper, the for-mation of cavitation region is analyzed in theory. The evolution and
closure of cavitation region are numer-ically simulated by ABAQUS and
compared with experimental values. The results show that cavitation can
be simulated very well by ABAQUS and the secondary pressure produced
in the fluid near the cavitation closure point is proved to be non-ignorable.
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2014(000)004
水下爆炸作用下船体大开口结构的强度校核
造船技术 ２００８年第１期（总第２８１期）
水下爆炸作用下船体大开口结构的强度校核
张阿漫，许维军，姚熊亮，赵新 （哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨１ ５０００１）
提要利用有限元程序ＡＢＡＱＵＳ。对某具有大 开口结构的舰船在六级海况和九级海况下遭受武器攻 击时的总强度进行校核．分析了舰船在波浪载荷和爆 炸载荷同时作用下，大开口结构．尤其是大开口角隅处 的应力变化，计算出考核点在不同工况下的应力储备 系数。计算和分析表明。该舰大开口结构处的应力集 中现象比较明显．使强度满足受到一定影响。还分析 比较了不同工况下大开口的应力储备系数，得出一些 规律。为该舰大开口结构强度的评估提供参考依据。 关键词 水下爆炸 波浪载衙 昭体结卡勾 大开口 结构动力分析直力分析 中图分类号Ｕ６６３ 文献标识码Ａ
１ 引言
由于主机或武备安装的需要．水面舰船的中部 或其他部位的船体主甲板上可能有很大的开口，有 些开口的宽度甚至达到该处甲板宽度的一半以上， 深度可从一甲板延至四甲板。这类开口将严重影响 船体结构的总纵强度和甲板稳定性，尤其是保证船 体强度的主要承力构件舰船主甲板，当水面舰船遭 受水下非接触爆炸时，它往往会受到拉伸和压缩的 交变载荷作用，甲板大开口处就会产生应力集中现 象，特别是在大开口的角隅处。应力集中现象尤为 显著。 目前，各国海军舰船对处在恶劣环境下的强度 要求越来越高，然而，在现行舰船设计和研究中，船 体总强度一般只计入波浪、抨击等在内的载荷作用． 而对于舰船一旦遭受水中兵器攻击，往往会受到的 水下爆炸后气泡脉动载荷的作用，并未在规范中给 出，使得舰船在这种环境中的强度校核面临着新的 问题。实际上，任何一条细长舰船，当遭受水中兵器 爆炸攻击时，除受到一次冲击波的瞬时破坏作用外， 在各种程度上都会受到气泡脉动的影响。理论和试 验都表明，当爆炸距离船体较远时，船体响应以气泡 脉动频率即激励力频率为主；当爆炸离船体的距离
水下爆炸作用下计及冲击动弯矩的舰船总强度分析
水下爆炸作用下计及冲击动弯矩的舰船总强度分析
李烨;王雷;陈莹玉;黄时春
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2015(037)008
【摘 要】水下爆炸作用下舰船结构的总强度分析一直是业内水面舰船强度研究的重点内容之一.本文选取典型水下爆炸工况,借助数值仿真的手段,采用通用有限元程序Abaqus中的声固耦合法,在计及水下爆炸冲击动弯矩的条件下模拟水下非接触爆炸作用下舰船的动响应.结合各主要舰船强度规范对某水面舰船的典型剖面的水下爆炸冲击动弯矩进行初步分析,给出了各爆炸工况下不同剖面的动弯矩时历曲线,并以动弯矩所占百分比的形式展现了冲击动弯矩对舰船总强度校核的重要性.为舰船的总体结构设计提供参考.
【总页数】6页(P12-17)
【作 者】李烨;王雷;陈莹玉;黄时春
【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所,黑龙江哈尔滨150036;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中 文
【中图分类】U661.4
【相关文献】 1.水下爆炸作用下舰船设备冲击谱计算方法研究 [J], 宋敬利;赵红光;李琛
2.水下爆炸冲击作用下舰船管路动响应研究 [J], 丁建军;张忠宇;田昭丽;宋莹
3.舰船在水下爆炸载荷作用下的总强度研究 [J], 张阿漫;姚熊亮;李克杰;李佳
4.水下爆炸冲击波和气泡脉动载荷联合作用下\r舰船冲击响应研究 [J], 贾则;陈高杰;高浩鹏;权琳;金辉
5.水下爆炸冲击波载荷作用下舰船板架结构冲击可靠性研究 [J], 史晓骏
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集群系统在水下爆炸仿真中的应用
Ｑ：塑 ＳＣｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｔｈｎｏｌｏｇｙ ＩｎｎｏＶａｔｌＯｎ Ｈｅｒａｌｄ 集群系统在水下爆炸仿真中的应用① 陈高杰’ 王树乐 程素秋’ 赵红光’ （１．９１ ４３９部队 辽宁大连 １ １ ６０４１；２．大连理工大学船舶工程学院 辽宁大连 １１ ６０２３） Ｔ技术 摘要：为提高水下爆炸仿真计算效率，对集群系统进行水下爆炸仿真进行了研究，构建了适用于水下爆炸仿真的高性能计算平台，并基 于ＡＢＡＱＵＳ非线性有限元分析软件进行并行计算，结果表明集群系统大幅提高了计算效率，为开展水下爆炸大规模仿真研究提供参考。 关键词：集群 水下爆炸 并行计算 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－－０９８Ｘ（２０１ ２）０２（ｃ）－－００３４－－０１ 实船水下爆炸试验实施难度大，耗费 多，同时对环境造成不利影响，无法大规模 组织开展。因此，美国等发达国家十分重视 水下爆炸仿真技术研究，开发了水下爆炸 冲击分析（ＵｓＡ）模块与商业软件相结合的 分析技术。国内 Ｉ主要利用商业软件进行 实船水下爆炸数值仿真研究，但整船建模 和计算对系统要求大，尤其是大量水域网 格的创建经常会耗费惊人的计算资源。集 群系统为此方面的应用提供了良好的平 台。 １水下爆炸仿真技术 水下爆炸仿真通常需要进行预应力分 析、模态分析、稳态动力学等隐式有限元分 析（ＩＦＥＡ）和瞬态动力学显式有限元分析 （ＥＦＥＡ），对ＣＰＵ和内存的要求都很高。 ＡＢＡＱＵＳ非线性有限元分析软件利用 声固耦合法进行水下爆炸仿真。建模过程 中规模庞大的流体水域用声学单元来描 述，由于爆炸冲击波反射引起的散射波分 量对舰船冲击响应分析十分重要，在仿真 中使用ＴＩＥ约束将结构湿表面与流体干表 面耦合在一起。计算可采用总波公共法和 散射波公式法。当考虑水介质的空化效应 使声学介质表现为非线性时必须使用总波 公式。 ２集群系统 集群系统是指将多个服务器集中执行 同一服务，以单个服务器的形式运行，各服 务器之间通过高速互连网络进行通信，系 统管理人员利用ＫＶＭ交换机直接连接键 盘、视频和鼠标端口对系统进行访问和控 制。系统按照功能可分为高性能计算集群 系统、高可用性集群系统、负载均衡集群系 统。 ２．１总体架构 水下爆炸高性能计算集群系统硬件通 常由机柜、管理节点服务器、计算节点服务 器、图形工作站、互连网络、存储系统、集群 附属设备等组成。软件通常由操作系统软 件、集群中间件（如并行通信库、数学库、编 译调试环境、管理系统等）、用户应用软件 （￣Ｉ］ＡＢＡＱＵＳ）等组成。 ２．２服务器节点 管理节点服务器采用基于共享内存处 理（ＳＭＰ）技术的胖节点，采用ＣＰＵ高速直连， 内存大且访问带宽高，磁盘ＩＯ快，通信延迟 低，软件运行效率高，并配置高性能图形显 卡用于精细慎型的前后处理操作。计算节点 采用刀片式舭务器。可整合集中计算一个任 务或分为多个作业群运行多个任务。 ２．３互连网络 互连网络采取高速计算网和管理网分 离的方式，避免数据干扰。高速计算网采用 ２０Ｇｂ／ｓ高速Ｉｎｆｉｎｉｂａｎｄ网，用于水下爆炸高 性能并行计算时的数据交换和计算通讯。 管理网采用千兆以太网，用于监控管理方 面的数据通讯。 ２．４存储系统 存储系统由１０节点存储服务器和存储 磁盘阵列构成。１０节点存储服务器将存储 磁盘阵列的存储空间映射为服务器节点上 的目录，实现较均衡的Ｉ／０带宽和良好读写 性能，满足大规模数据处理的要求。 ２．５操作系统 操作系统采用６４位Ｌｉｎｕｘ操作系统。通 常情况下Ｌｉｎｕｘ操作系统的运行效率比 Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｅｒｖｅｒ操作系统高１．１２％，且稳定 性好，磁盘操作机制强。 ３计算效率测试 ３．１ Ｌｉｎｐａｃｋ测试 ＬｉｎｐａｃｋＮＩ］试通过对高性能计算集群系 统采用高斯消元法求解一元Ｎ次稠密线性 代数方程组的测试来评价高性能计算机的 浮点性能，实测浮点峰值即为Ｌｉｎｐａｃｋ值口】。 ｌ２８核集群系统的Ｌｉｎｐａｃｋ值为１ １３９Ｇｆｌｏｇｓ， 并行计算效率为７４．２％ ３．２舰船抗冲击应用实例测试 ． 利用集群系统进行舰船抗冲击的非接 触水下爆炸数值仿真。计算模型包括约２２ 万Ｓ４Ｒ舰船结构壳单元、１．１万加强结构梁 单元￣Ｉ］２３０万ＡＣ３Ｄ６Ｒ（或ＡＣ３Ｄ４）水域声学 单元。由于计算规模较大，普通单机无法 运行，利用集群单核计算时间为２１．５ｈ，而 １２８核并行计算时间仅为２．３ｈ，加速比达 到９．３５。 ４结语 高性能计算集群系统可以完成普通单 机无法运行的水下爆炸仿真计算任务，并 且采用多核并行计算的方式可极大地提高 计算效率，缩短计算时间。随着计算需求的 不断扩大，集君系统将在舰般抗爆抗冲击 仿真研究中发挥更大的作用。 参考文献 ［１】Ｙｏｕｎｇ Ｓ．Ｓｈｉｎ．Ｓｈｉｐ ｓｈｏｃｋ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆａｒ－ｆｉｅｌｄ ｕｎｄｅｒｗａ－ ｔｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００４，８２：２２１１ ２２ｌ９． 【２】李硕等．高性能计算机体系结构综述 【Ｊ］．北京工商大学学报（自然科学版）， ２００７，２５（６）：４８～５２． ［３】余江洪等．基于Ｌｉｎｐａｃｋ的高性能计算机 集群的并行性能测试［Ｊ］．船电技术， ２００９，２９（５）：５６～６０． ［４］阚圣哲等．基于Ａｂａｑｕｓ软件的并行计算 集群平台构建与优化方法［Ｊ】．防灾减灾 工程学报，２００９，２９（６）：６４４～６５０． ①作者简介：陈高杰（１９８１一），男，湖北谷城人，硕士，助理工程师，主要从事水下爆炸仿真与评估研究 ３４ 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌ
舰船目标在水下爆炸作用下毁伤效应研究
舰船目标在水下爆炸作用下毁伤效应研究
I. 引言
A. 背景介绍
B. 研究目的
C. 研究意义
II. 爆炸物理学基础
A. 爆炸原理
B. 水下爆炸影响因素
C. 爆炸模拟算法
III. 舰船目标水下爆炸作用下的毁伤机理
A. 水下爆炸的作用方式
B. 舰船目标毁伤机理
C. 压力波、气泡以及水动力效应对目标的毁伤
IV. 毁伤效应的数值模拟与分析
A. 模拟方法与算法
B. 模拟结果与分析
C. 参数敏感性分析
V. 结论与展望
A. 结论总结
B. 研究展望
以上是舰船目标在水下爆炸作用下毁伤效应研究的论文提纲，其中包括引言、爆炸物理学基础、舰船目标水下爆炸作用下的毁伤机理、毁伤效应的数值模拟与分析和结论与展望五个章节，目的是从不同的角度对水下爆炸下舰船目标的毁伤效应进行研究，为军事安全和防御的发展提供重要支持。第一章节是本论文的引言部分，主要涵盖了背景介绍，研究目的和研究意义三个方面。下面我将分别阐述这三个方面。
在背景介绍中，我们需要指出本研究的背景，即在当前国际形势下，军事安全成为各国关注的焦点。水下爆炸作为对军事目标造成重大威胁的一种方式，对于保卫国家安全具有重要意义。过去的研究表明，水下爆炸对舰船目标造成毁伤效应的特点不同于陆地爆炸，且目前相关研究仍然不完善，需要我们进一步深入探究。
接下来是研究目的，我们需要明确本研究所要探究的问题是什么，即通过对舰船目标在水下爆炸作用下毁伤效应研究，掌握毁伤机理和影响机制，为未来水下防御和军事安全提供理论支持和实用技术。
最后是研究意义，我们需要凸显本研究的意义，即对于提高我国军事安全防御能力、强化我国军事实力以及保护国家国民的生命财产安全有着重要的现实意义。同时，本研究还将为水下防御技术的研究和发展提供新思路和理论基础，并为高校科研人员及工程技术人员提供参考和借鉴。
水下爆炸冲击波在圆柱壳结构表面绕射衰减分布
水下爆炸冲击波在圆柱壳结构表面绕射衰减分布
张迪洲;何镇宏;何心怡;李营;卢军;陈双
【期刊名称】《水下无人系统学报》
【年(卷),期】2022(30)3
【摘 要】水下爆炸冲击波作用于圆柱壳表面时,除反射冲击波外,在背爆面还会形成绕射冲击波。为了研究冲击波压力在圆柱壳表面的绕射分布特性,采用ABAQUS软件的耦合欧拉-拉格朗日方法对水下爆炸冲击波与圆柱壳结构的相互作用进行了数值仿真,得到了圆柱壳周围的压力场分布情况,分析了不同爆距和药量对绕射冲击波衰减的影响。研究结果表明:冲击波压力峰值和冲量在迎爆面区域急速衰减,随着爆距的减小,衰减到50%的角度变小,衰减速度明显变快,而药量对冲击波压力峰值和冲量衰减影响都很小。
【总页数】7页(P371-377)
【作 者】张迪洲;何镇宏;何心怡;李营;卢军;陈双
【作者单位】海军研究院;北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室
【正文语种】中 文
【中图分类】TJ410;U661.44
【相关文献】
1.深水环境中水下爆炸冲击波作用下圆柱壳动态响应的数值模拟研究2.水下爆炸冲击波作用下自由环肋圆柱壳动态响应的数值仿真研究3.水下爆炸冲击波作用下小型多舱圆柱壳的弹性响应研究4.泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响5.水下爆炸圆柱壳冲击波绕射特性分析
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潜艇结构水下爆炸动态响应仿真研究
第２９卷第９期 ２００８年９月 哈尔滨工程大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ＶｏＩ．２９ Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．２００８
潜艇结构水下爆炸动态响应仿真研究
姚熊亮，刘东岳，张阿漫，祁 磊 （哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）
摘要：为了研究潜艇结构在水下爆炸作用下冲击响应的规律，以某潜艇为例，用冲击因子设置３０个工况，利用 ＡＢＡＱＵＳ软件对潜艇结构进行数值计算．运用冲击谱方法处理结构上各部分的冲击加速度时历数据，得到各部分整体的 平均谱速度响应随爆距变化曲线和随冲击因子的变化曲线．对结果的分析表明：运用冲击因子来描述潜艇冲击环境具有 一定的可行性，各部分结构整体响应在等冲击因子下，改变爆距并没有明显变化；在等爆距情况下，结构冲击响应随冲击 因子呈线性上升趋势变化． 关键字：潜艇；水下爆炸；ＡＢＡＱＵＳ；冲击因子；结构响应 中图分类号：Ｕ６６１．６文献标识码：文章编号：１００６—７０４３（２００８）０９－０９０２－０５
Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ
ｔｏ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓ
ＹＡＯ Ｘｉｏｎｇ—ｌｉａｎｇ，ＬＩＵ Ｄｏｎｇ—ｙｕｅ，ＺＨＡＮＧ Ａ—ｍａｎ，ＱＩ Ｌｅｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ａ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｉｒｔｙ ｌｏａｄｉｎｇ ｃａｓｅｓ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ｕｐ，ｅａｃｈ ｗｉｔｈ ａ ｄｅｆｉｎｉｔｅ ｉｍｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒ．Ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒ－ ｆｏｒｍｅｄ ｏｎ ａ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ＡＢＡＱＵＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ｄａｔａ ｏｆ ｉｍｐａｃｔ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｔｒａｎｓ－ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ ａｎ ｉｍｐａｃｔ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ＳＯ ａｓ ｔｏ ｇｅｔ ａｖｅｒａｇｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ｗｈｉｃｈ ｖａｒｉｅｄ ｗｉｔｈ ｓｔａｎｄｏｆｆ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ ａｎｄ ｉｍ— ｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒ ｃａｎ ｐｒｅｄｉｃｔ ｉｍｐａｃｔ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｓｏｍｅ ｄｅｇｒｅｅ；ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｖａｒｉｅｄ ｌｉｔｔｌｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔａｎｄｏｆｆ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｃｈａｎｇｅｄ，ａｓ ｌｏｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒ ｗａｓ ｆｉｘｅｄ．Ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｌｉｎｅａｒｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｉｍｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒ ｅｖｅｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔａｎｄｏｆｆ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｗａｓ ｆｉｘｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｍａｒｉｎｅ；ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ；ＡＢＡＱＵＳ；ｉｍｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ
水下爆炸冲击波作用下平板塑性动力响应的数值模拟
水下爆炸冲击波作用下平板塑性动力响应的数值模拟
贾宪振;胡毅亭;董明荣;许学忠;刘家骢
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2007(029)006
【摘 要】根据流固耦合的Taylor平板理论和Cole的水下爆炸经验公式,得到了水下爆炸冲击波作用下平板迎爆面的总压力载荷,并将该压力载荷嵌入到ABAQUS程序的用户自定义载荷子程序VDLOAD中,实现了对ABAQUS的二次开发.作为验证,利用该方法模拟了水下爆炸冲击波作用下固支平板的塑性动力响应,模拟结果与试验结果吻合良好.与通用的模拟方法相比,本文所采用的模拟方法在保证较高计算精度的前提下,可以显著降低计算成本并简化建模过程,对于工程应用具有一定参考和实用价值.
【总页数】4页(P41-44)
【作 者】贾宪振;胡毅亭;董明荣;许学忠;刘家骢
【作者单位】南京理工大学,化工学院,江苏,南京,210094;南京理工大学,化工学院,江苏,南京,210094;西北核技术研究所,陕西,西安,710024;西北核技术研究所,陕西,西安,710024;南京理工大学,化工学院,江苏,南京,210094
【正文语种】中 文
【中图分类】O383
【相关文献】 1.水下爆炸冲击波载荷作用下船底板架的塑性动力响应 [J], 方斌;朱锡;张振华
2.深水环境中水下爆炸冲击波作用下圆柱壳动态响应的数值模拟研究 [J], 贾宪振;胡毅亭;董明荣;许学忠;刘家骢
3.舰船结构在爆炸冲击波作用下的塑性动力响应研究 [J], 刘土光;王立庚
4.水下爆炸冲击波作用下潜艇壳体动态响应的数值模拟 [J], 于英林;李世芸;蔡青;黄志国;于东林
5.水下爆炸冲击波作用下空气背衬平板的运动 [J], 唐廷;朱锡;韦灼彬;侯海量
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非接触水下爆炸舰船结构响应分析
第33卷第3期2011年3月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYVol．33，No．3Mar．，2011
非接触水下爆炸舰船结构响应分析
岳崴，张军，姜涛
（海军潜艇学院，山东青岛266071）
摘要：军舰以及实施水下爆破任务的舰船不可避免要遭受水下装药爆炸的冲击载荷，舰船上人员与设备要承受由此带来的强冲击。确定舰船遭受水下爆炸引起的冲击环境，对舰船人员和设备的防护都有指导作用。针对3000t级水面舰船，应用Abaqus有限元软件建立舰船有限元模型，计算了距舰船水平距离60m，装药水深60m，1000kgTNT当量装药水下爆炸，舰船的冲击环境。得到的舰船典型部位结构的速度响应数值合理，规律正确，得到的舰船冲击环境可以指导舰船人员及设备的冲击防护设计。关键词：水下爆炸；舰船冲击环境；数值仿真
中图分类号：TJ51文献标识码：A
文章编号：1672－7649（2011）03－0016－03DOI：10.3404/j.issn.1672－7649.2011.03.004
Theanalysisofshipdynamicresponsestonon-contactunderwaterexplosion
YUEWei，ZHANGJun，JIANGTao
（NavySubmarineAcademy，Qingdao266071，China）
Abstract：Itisinevitablethatbattleshipandoperatingshipsuffershockfromunderwaterexplosion
aswellasshipmanandequipments．Realizingtheshockenvironmentofshipcandirectthesafetydesignof
shipmanandequipments．ConstructedtheFEMmodelofsurfaceshipwithAbaqusandanalyzedtheshock
水下物体非接触爆炸损伤过程的数值计算
CFHI2020年第5期（总197期）
**************CFHITECHNOLOGY
水中物体在运动过程中极有可能遭受水雷、炸弹等非接触爆炸的冲击，为了保证冲击后不发生破坏，物体自身必须具有一定的抗水下非接触爆炸能力。物体承受水下非接触爆炸，是一种在很短的时间内，对冲击作用的复杂动态响应过程。和其它力学过程一样，水下非接触爆炸分析方法主要有解析法、试验法和数值法。鉴于非接触爆炸过程的复杂性，想得到解析解十分困难，而试验法需要大量的时间和经费，而随着计算机技术的发展，数值计算能力不断提高，数值法逐渐成为主要分析方法。有限元法（FEM）就是数值法的一种，其基本思想是将复杂结构离散成有限个简单的单元，在求解过程中反复迭代，通过对各单元力学行为的分析计算得到整体结构在载荷作用下的响应结果[1]。为了建立包含结构的无限声介质模型，有限元法中考虑了无限元或非反射边界[2,3]。另一方面，边界元法以自然的方式处理无限边界。因此，使用边界元法的近似技术-双渐近近似（doublyasymptoticapproximation,DAA）被开发出来[4,5]。Abaqus软件采用基于连续介质的有限元技术来处理流体，以取代DAA方法的假设。为此，本文使用Abaqus建立水下物体在爆炸冲击波作用下的有限元模型，对爆炸问题进行分析。1控制方程
在本文的数值分析中用有限元法建立待分析的结构模型，而用边界元法建立周边水介质模型。本文将水波处理成声介质，其中爆炸载荷位于离结构较远处。笔者用DAA近似技术建立起壳结构和声学水介质的相互作用模型[4,5]，以此减少建立声学介质所需要的单元数量。有限元离散的结构运动方程：
1.91550部队，大连116021；2.海军装备部驻沈阳地区军事代表局驻齐齐哈尔地区军事代表室，齐齐哈尔161000；3.91550部队，大连116021。水下物体非接触爆炸损伤过程的数值计算
王劲夫1，周传晟2，苏里阳3摘要：为了研究水下物体在非接触爆炸作用下的损伤过程，基于声-固耦合建立起水下物体在非接触爆炸作用下的有限元模型，在物体上设置3个测点，对测点随时间变化的位移和速度进行计算。结果表明，水下非接触爆炸主要影响物体沿炸药到物体垂线方向的运动，而对整个物体变形的影响不大。关键词：水下物体；非接触爆炸；损伤过程；数值计算中图分类号：U661.43文献标识码：B文章编号：1673-3355（2020）05-0003-04NumericalCalculationofObjectDamagebyNon-contactExplosionunderWaterWangJinfu，ZhouChuansheng，SuLiyangAbstract:Afiniteelementmodelbasedonsound-solidcouplingtechniqueisestablishedtostudythedamageofobjectscausedbynon-conductexplosionunderwater.Thetime-dependentdisplacementandspeedofthreepointsonanobjectarecalculated.Theresultshowsthatunderwaterexplosioneffectsthemovementofanobjectinthedirectionverticaltothelinefromtheexplosivetotheobjectandhaslittleeffectonthedeformationofthewholeobject.Keywords:underwaterobject；non-contactexplosion；damageprocess；numericalcalculation10.3969/j.issn.1673-3355.2020.05.003