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水下非接触爆炸舰船动响应数值模拟

原文作者:
  刘孝,柳艳丽,周俊威,雷 鸣
发布时间:
  2014-08-14
来    源:
  华中科技大学 数字化工程与仿真中心
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摘 要:对舰船在水下非接触爆炸载荷下动态响应的研究有助于深入了解舰船失效规律和损伤机理,为舰船损伤分析与技术保障系统的建立提供良好的数据与技术支撑。本文基于视景仿真和舰船损伤仿真系统研究的需要,选取Multigen Creator 和TrueGrid 混合的建模方法;通过在Ansys 系统中整合、重新构网生成混合计算模型,有效提高了LS-DYNA 进行数值计算的精度;最后,通过模拟船体在非接触爆炸下的冲击环境,对舰船的加速度响应状况进行了数值及机理的分析。
    舰船作为重要的水面武器作战平台,易受水雷、炸弹等非接触式水下爆炸武器的攻击,为保证舰船在一定战损的情况下提高生存几率,研究其在水下爆炸载荷下的动态响应有十分重要的意义。然而,通过实验的方式研究舰船水下爆炸动力学响应是一项费时并且昂贵的系统工程。近几年随着计算机硬件和相关软件的飞速发展,使得舰船在水下爆炸载荷作用下的模型建立和数值模拟成为可能。
    近年来,国内外对水下爆炸舰船动响应开展了实验和理论两方面系统而深入的研究。其中数值分析的主要思想是将研究对象模型导入有限元分析软件(如MSC.DYTRAN[1]、ABAQUS[3]等)进行构网和建模,进而应用有限元分析模块进行数值模拟。然而,由于有限元商业软件自带的前处理建模工具对研究对象加以了简化,有时只是通过简单的板[1]或圆柱壳[3]替代所研究的对象,导致了对复杂研究对象建模的不足以及计算与仿真结果的不精确。本文基于视景仿真和舰船损伤系统研究的需要,首先通过对比选取Multigen Creator 建立三维船体几何模型、TrueGrid 建立流体三维几何模型;其次在Ansys 将所建立模型通过数据转换、重新构网生成混合计算模型,在LS-DYNA 中选取相应的材料参数等生成K 文件并进行数值计算;最后对舰船遭受水下非接触爆炸时加速度响应进行了数值及机理分析。
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