• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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基于场分离的水下爆炸流固耦合计算方法
郭君, 杨文山, 姚熊亮, 张阿漫, 任少飞
2011, 31(3): 295-299. doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0295-05
基于谱单元方法对水下爆炸流固耦合机理进行了研究,针对总场模型中入射波在流体网格中传播 会产生失真现象的问题,采用场分离技术,通过理论推导建立了水下爆炸流固耦合问题的散射场数值模型。 经过编程计算比较得出,散射场数值模型有效解决了入射波在流体网格中传播的失真问题,比总场模型计算 精度更高,可较好地应用于水下爆炸流固耦合问题的求解,为水下爆炸瞬态流固耦合的研究提供参考。
关键词: 爆炸力学, 流固耦合, 场分离, 水下爆炸, 谱单元
船体与设备一体化抗冲击分析
姚熊亮, 戴绍仕, 周其新, 张阿漫, 闻雪友,
2009, 29(4): 367-374. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0367-08
从主从系统耦合振动理论出发,基于数值实验手段,分别以船用增压锅炉、齿轮箱为研究对象,设计多种冲击输入对非一体化与一体化抗冲击分析例证进行数值计算,并将计算结果进行对比。研究结果表明,非一体化抗冲击分析方法割裂了设备与船体结构之间的耦合效应,不能精确再现船用设备实船冲击环境,中远场水下爆炸时非一体化抗冲击分析得到的设备响应结果偏大,中近场时结果偏小。建议中近场水下爆炸时肋位跨度较大的船用大型设备抗冲击性能分析采用船体与设备一体化抗冲击分析方法,若条件所限尚无法进行一体化分析,则应对非一体化抗冲击分析结果进行修正。
关键词: 固体力学, 耦合效应, 一体化分析, 船用设备, 抗冲击
近边界三维水下爆炸气泡动态特性研究
张阿漫, 姚熊亮
2008, 28(2): 124-130. doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0124-07
模拟了近壁、近自由面的水下爆炸气泡的非线性动态特性,假定水下爆炸气泡脉动阶段的流场是无旋、不可压缩的,采用高阶曲面三角形单元离散三维气泡表面,用边界积分法求解气泡的运动,在计算奇异积分时通过重新构造双层位势的主值积分消除双层奇异积分的奇异性,得到更精确的结果,并通过合理的加权方法精确的求解边界面上各节点的真实速度,结合弹性网格技术(elastic mesh technique, EMT)得到优化速度,在整个模拟过程中不需要采用数值光顺。将本文的三维模型与轴对称模型进行的对比分析表明,两种模型计算结果吻合很好,并用三维模型模拟了气泡与自由表面及圆筒的相互作用,水下爆炸气泡在自由表面及圆筒的联合作用下呈现出强非线性。
关键词: 爆炸力学, 非线性动态特性, 边界积分, 水下爆炸气泡, 自由表面, 圆筒, EMT, 三维
基于船体与设备一体化的设备抗冲击阈值
张阿漫, 周其新, 姚熊亮, 郭百森, 闻雪友,
2009, 29(4): 375-379. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0375-05
为了确定设备抗冲击阈值,基于主从系统耦合振动理论,以船用增压锅炉、齿轮箱为研究对象,将船体与设备的一体化抗冲击数值实验的数值统计特征进行分析。通过大量算例结果分析,提出将冲击作用下设备应力响应标准差作为设备失效判据,并给出了设备冲击作用下应力响应标准差最大值计算经验公式。
关键词: 固体力学, 抗冲击阈值, 一体化分析, 舰用设备
沉底水雷爆炸威力的数值计算
姚熊亮, 杨文山, 陈娟, 张阿漫, 初文华
2011, 31(2): 173-178. doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0173-06
采用冲击波物理中的阻抗匹配镜像线方法处理物质交界面,利用无网格光滑粒子流体动力学法 (smoothedparticlehydrodynamics,SPH)方法模拟沉底装药的水下爆炸过程,得到了不同方向不同爆距处的 峰值压力反射系数,分析了爆炸流场参量分布和变化规律,研究了不同水底砂层厚度和不同装药量对爆炸冲 击波传播和流场中压力的影响。结果表明:海底反射系数随测点与水平线夹角的变化而变化,当测点与水平 线夹角为约55时反射系数最大,其最大值可达1.5。本文的研究可为沉底水雷爆炸载荷的确定提供参考。
关键词: 爆炸力学, 反射系数, SPH 方法, 沉底水雷, 水下爆炸, 阻抗匹配
自由场水中爆炸气泡的物理特性
张阿漫, 姚熊亮, 闻雪友
2008, 28(5): 391-400. doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0391-10
将水中爆炸气泡运动阶段周围流场假设为无粘、无旋、不可压缩的理想流体,运用边界元法模拟自由场中气泡的运动,在气泡运动模拟过程中引入数值光顺技术及弹性网格技术,避免因网格扭曲而导致的数值发散,并开发计算程序。计算值与实验值吻合良好,误差小于10%。从自由场水中爆炸气泡的基本现象入手,基于本文中开发的程序系统地研究了自由场中气泡的动力学特性。对流场中不同方位的压力进行分析,得出气泡中心的迁移方向及射流的攻击方向压力载荷比其他方向均大,说明气泡射流的攻击方向压力载荷最大,对水中结构造成严重毁伤,表明了气泡载荷的不对称性。计算了流场中不同位置的速度变化曲线,结果表明随着距气泡中心距离的增大,气泡运动引起的滞后流的速度迅速减小,且随着气泡的膨胀和坍塌,滞后流的方向逆转,总结了滞后流的衰减及变化规律。
关键词: 爆炸力学, 压力, 边界积分, 气泡, 水中爆炸, 射流, 滞后流
浮动冲击平台冲击环境对设备响应的影响
王军, 姚熊亮, 杨棣
2015, 35(2): 236-242. doi: 10.11883/1001-1455(2015)02-0236-07
对浮动冲击平台提供给设备的冲击环境及舰载设备在不同冲击环境下的响应进行了数值模拟和理论分析。以美国中型浮动冲击平台为计算模型,将设备基座的冲击环境与德国规范BV 043-85进行了比较,为分析两个体系在设备抗冲击要求中谱加速度的差异,对不同舰载设备进行数值模拟计算,并通过虚拟约束边界模态方法,提出不同冲击环境下基础激励的多自由度系统响应的计算方法。数值分析及理论计算结果表明:冲击谱中谱加速度对舰载设备响应影响较小,而谱位移和谱速度对设备响应有较大影响,理论计算得到的多自由度系统响应与数值模拟结果较一致,同时在进行浮动冲击平台设计时可不考虑谱加速度对设备响应的影响。
关键词: 爆炸力学, 设备响应, 有限元, 浮动冲击平台, 冲击环境
应用浮动冲击平台考核舰载设备响应分析
王军, 姚熊亮, 郭君
2015, 35(6): 832-838. doi: 10.11883/1001-1455(2015)06-0832-07
为研究安装甲板模拟器的浮动冲击平台系统考核舰载设备的机理,对整个系统建立有限元模型进行数值模拟并建立力学模型进行了理论分析。根据船体甲板结构产生的垂向低通滤波特性,提出甲板模拟器具有减缓高频冲击并满足设备安装频率要求的作用。将被试设备的浮动冲击平台考核系统简化为有阻尼的三自由度系统强迫振动模型,通过拉普拉斯变换方法求解了不同冲击环境下被试设备的响应。数值模拟与理论计算结果比较吻合,被试设备响应迅速达到峰值后逐渐衰减,振动频率由高频向低频过渡,在分析浮动冲击平台舰载设备考核系统长时间响应时需考虑阻尼的影响。
关键词: 爆炸力学, 设备响应, 有限元方法, 浮动冲击平台, 甲板模拟器