大型舰船在水下接触爆炸下的毁伤与防护研究综述

大型舰船受到水中兵器的巨大威胁，尤其是在水下接触爆炸情况下，船体结构将产生严重的局部毁伤，给舰船的战斗力乃至生命力带来严峻挑战。本文以大型舰船水下防护结构为研究对象，简要概述了各国海军大型舰船水下防护结构形式的发展历程，分析了水下接触爆炸下的毁伤载荷以及对舷侧多舱防护结构的毁伤机理，总结了基于具体结构和不同毁伤元的防护措施；并针对目前的研究现状，提出了有待进一步研究的问题。以期为舰船的水下防护设计提供参考，从而提高我国大型舰船的结构抗毁伤能力     

水下爆炸下典型舰船结构整体损伤模式表征方法及图谱研究

随着舰船抗爆炸冲击总体结构优化设计及水中兵器攻击效能评估研究的深入,建立水下中近距非接触爆炸作用下舰船整体损伤模式的快速判定方法尤为重要。通过Abaqus软件建立了爆炸冲击波和气泡联合作用下舰船结构整体损伤特性的数值模拟方法并进行了实验验证;分析了水下爆炸载荷强度及舰船结构强度等参数变化对结构整体损伤模式的影响,提出了综合反映爆炸冲击波和气泡联合作用的新型冲击强度因子C₄,表征舰船结构总体强度的结构强度因子S,初步构建了舰船整体损伤模式分布图谱C₄-S。研究结果表明,建立的数值方法能较好预测舰船结构整体损伤模式和总体变形,误差不超过10%;提出的两类因子能分别合理表征水下爆炸强度和舰船结构强度,构建的损伤模式分布图谱能较好区分不同爆炸强度、舰船结构强度下的舰船整体中拱、中垂、鞭状损伤模式,可实现对水下爆炸下舰船整体损伤模式的快速判定。     

论不确定性结构力学的发展

结构力学是直接为工程结构设计服务的,而工程设计中包含大量不确定性因素和信息,包括随机性、模糊性和未确知性信息.由于引用统计数学方法处理随机性问题,在结构力学中产生了可靠性理论和随机振动理论.随着模糊性和未确知性问题的提出和研究,近年来在结构力学中又逐渐形成了一些新的分支,包括结构的不确定性优化设计,广义(模糊随机)可靠性理论,模糊随机振动理论和模糊地震工程学等.本文简要地介绍这四个新的分支的发展情况,主要介绍作者及其学生们的工作,并着重介绍基本概念.      

高层建筑结构力学分析的进展

高层建筑结构的强度、振动和稳定问题是建筑结构工程学科中的前沿课题，也是目前高层建筑结构发展所必须解决的问题．本文主要介绍高层建筑结构力学分析方面近期的一些进展和在今后一段时间内必须进一步研究的问题．最后展望高层建筑结构设计的前景．     

关于《船舶结构力学》的思考——————改革《船舶结构力学》教科书

介绍《船舶结构力学》教科书的过去和现在. 从阅读一本《船舶结构力学》教科书稿, 引起 对``结构'、``结构力学'、``船舶结构力学'等问题的思考. 提出改革《船舶结构力学》 教科书的建议, 并提出《船舶结构力学》教科书的主要内容及编写主线的意见.     

论不确定性结构力学的发展

结构力学是直接为工程结构设计服务的,而工程设计中包含大量不确定性因素和信息,包括随机性、模糊性和未确知性信息．由于引用统计数学方法处理随机性问题,在结构力学中产生了可靠性理论和随机振动理论．随着模糊性和未确知性问题的提出和研究,近年来在结构力学中又逐渐形成了一些新的分支,包括结构的不确定性优化设计,广义(模糊随机)可靠性理论,模糊随机振动理论和模糊地震工程学等．本文简要地介绍这四个新的分支的发展情况,主要介绍作者及其学生们的工作,并着重介绍基本概念．     

一种面向舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方法

水下爆炸导致舰船结构毁伤是一个复杂的非线性大变形流固耦合过程,高精度的流固耦合计算是获得高置信模拟结果的关键。基于浸没边界思想,本文提出一种面向大变形壳理论的流固耦合数值方法,可精确刻画流固耦合界面并高效求解流固界面约束方程。基于该方法,本文提出了完整的适用于水下爆炸舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方案,并基于大规模并行编程框架,研发形成适用于舰船结构毁伤的流固耦合大规模并行计算软件。与泰勒平板理论解和水下爆炸结构冲击响应实验数据等进行对比表明,本文方法可有效模拟大变形流固耦合工程问题,具备较高数值求解精度。在此基础上,完成了水下爆炸整船结构毁伤过程大规模数值模拟。该方法可有效应用于舰船毁伤等级评估,应用前景广阔。     

气泡运动与舰船设备冲击振动关系的试验验证

水下爆炸对舰船的影响研究已经有一个半世纪的历史了.由于水下爆炸和舰船动态响应的复杂性,对舰船水下爆炸动响应的认识的深刻程度主要来自试验现象和试验数据的分析.而试验数据的精确程度取决于技术的进步,取决于品质优良的传感器及高速度和高精度记录器的问世和进步.由于水下爆炸冲击波和二次压力波早已经在水下爆炸试验测量中被发现,因此,在舰船和设备水下爆炸动响应的理论分析和计算过程中只将药包水下爆炸的冲击波作为主要外力,有时也考虑二次压力波的作用.也有人在研究中发现,气泡的运动有时对于舰船设备的运动是重要的.我们于1995年在浮动冲击平台水下爆炸试验中发现"水下爆炸气泡膨胀产生的滞后流是使安装频率为数十赫兹的舰船设备产生冲击振动的主要能源".近年来,发表的水下爆炸气泡运动的研究文献增多,但是,基本没有涉及气泡运动与舰船设备冲击振动的关系.在2003年的圆筒模型水下爆炸试验研究中,我们换了一种角度,用更加简明有力的证据,验证了上述结论.显然,这一发现不仅对于建立正确的理论计算力学模型有重要作用,甚至对于舰船防护的研究乃至水中兵器的研究都有着重要意义.     

结构力学教学中结构设计的情境创设

结构力学教学普遍侧重于理论教学,实践教学不足;侧重于人工计算能力培养,定性分析能力有待加强.基于建构主义学习理论的分析,结构设计情境创设缺失是以上问题出现的主要原因.探索了理论教学注重工程应用、实践训练注重定性分析等教学理念中结构设计情境创设的方式方法,并提出了基于综合能力培养的考核方案.实践表明:结构设计情境创设有助于学生对所学内容意义的建构、工程意识的建立及结构设计能力的培养.     

PRELIMINARY STUDY ON TEACHING REFORM OF EXPERIMENTAL STRUCTURAL MECHANICS

现有结构力学教学存在教学手段呆板、手算内容过多等问题, 严重影响了学生对理论内容的理解和掌握. 本文在实验结构力学思想指导下, 在自主研发的积木式结构力学实验平台基础上, 通过《实验结构力学》课程和结构力学实验室建设, 制定科学、合理的实验教学计划, 初步完成了实验结构力学教学内容. 文中对初步的实验结构力学教学模式进行较为系统的总结和讨论, 以供同行参考, 共同推进实验结构力学教学改革.     

有限元显式算法解大变形冲击响应中的网格稳定性研究

1 引言结构在冲击载荷作用下的瞬态响应问题是许多工程问题提出的,如结构耐撞性、防护工程等.这类问题的数值解法已成为计算结构力学中的一个研究热点,有限元显式算法,     

压杆稳定的机理性认识

<正> 在近代工程设计中,结构的稳定性一直成为一个相当突出的问题.从土建类材料力学的一些后续专业课程来看,无论是结构力学、钢筋混凝土结构、钢结构及一些结构设计课程,其中很多稳定性问题实质上都可归结为压杆稳定问题.而后者也一直是多学时材料力学教学全过程中的难点之一.从我们对工民建专业的教学情况来看,问题并不在于对一般压杆临界荷载值的数学推导以及对一些稳定问题的具体计算,而在于对稳定性本身的理解,特别是对于“压弯”与“失稳”     

舰船海底地震波形成机理的理论分析

航行舰船是一个很大的振动和噪声源,其振动和噪声引起的压力波经由流体介质传播到海底,引起海底岩层振动,产生弹性波并向远处传播,这种航行舰船在海底引起的弹性波称为舰船海底地震波。舰船海底地震波可用于识别舰船目标,作为水中武器的目标探测信号。基于波动理论,得到了舰船引起海底地震波的波动方程和有限元数值计算模型。利用该模型,对二维半无限空间层状海洋环境在水压场和极低频点声源作用下的海底地震波信号进行了数值模拟,得到了远场海底表面处加速度和水压的时域频域信号。结果表明,在二维半无限空间层状海洋环境条件下,舰船远场海底地震波主要由舰船极低频的噪声辐射引起,主要频率范围在1-7Hz。     

舰用复合装甲结构的斜破甲机理实验研究

大型舰船的重要部位，为抵御聚能破甲反舰导弹的攻击，其防护采用立体大间隙复合装甲，且复合装甲设置在内舱以避开聚能破甲弹连续时流的攻击，抵御断裂射流的破甲。对舰用立体大间隙装甲结构在聚能破甲弹攻击下的大斜角破甲机理和Ａｌ＿１Ｏ＿３－钢复合装甲抵御断裂射流斜侵彻破甲机理进行了实验研究，得到了有意义的实验结果。     

从И.Г.布勃诺夫生平活动寻迹“船舶结构力学”的创建

本文内容分两部分.第1部分,简介I.G.布勃诺夫生平活动.第2部分,从I.G.布勃诺夫生平活动追寻他如何创建"船舶结构力学":接受优质的造船专业教育,攻读高水平数学力学课程;充分认识发展钢壳船面对的问题,以建立一门船舶结构强度计算学科为已任;为建立这一学科作充分的理论准备;在军舰结构设计实践中建立船舶结构强度计算方法;将计算方法的实践上升为理论,建立"船舶结构力学"学科;培养人才,使这一学科后继有人,不断发展.     

拓扑互锁结构冲击防护研究及优化设计

拓扑互锁结构是一种通过具有特殊形状的元素（块）彼此啮合拼接组成的整体结构,具有很好的增韧和抗冲击特性．目前对拓扑互锁结构的静荷载分析研究逐渐成熟,而对冲击条件下结构的强度、稳定性等性能分析以及对结构吸能性能的定量分析尚有发展空间;另外,对影响拓扑互锁结构力学性能的因素、结构设计优化等研究也有待完善．本文选择四面体元素拓扑互锁结构,通过ABAQUS有限元仿真软件对其进行冲击试验仿真,得出拓扑互锁结构在冲击作用下的变形机制,探索了元素互锁角度、元素间摩擦对冲击性能的影响;指出结构被冲穿的决定因素为冲击能量而非冲击速度;最后研究了局部榫卯对结构力学性能的影响．结果验证了拓扑互锁结构较好的缓冲吸能特性,同时表明拓扑互锁结构的力学性能是各个因素综合作用的结果,实际应用中可以根据使用场景和功能需求等对拓扑互锁元素进行调整优化．     

基准信息时间延迟对速度匹配传递对准性能的影响分析

传递对准过程中,由于主惯导的解算和传输延迟,子惯导解算信息与进行匹配的基准信息不能完全同步,有些情况下时间延迟较大.采用捷联惯导速度匹配传递对准,仿真分析了舰船几种典型运动状态下基准信息时间延迟对姿态误差角、陀螺漂移、加速度计零偏估计效果的影响.仿真结果表明,对准过程中舰船匀速和匀加速运动,基准信息延迟几乎不会影响对准性能;对准过程中舰船变加速直线运动,加速度变化时基准信息延迟影响卡尔曼滤波器估计精度,速度稳定后,影响会慢慢减小;对准过程中舰船进行转弯和大规模的机动运动,基准信息延迟会严重影响速度匹配传递对准性能,方位误差角估计误差达到10′左右,陀螺漂移和加速度计零偏的估计时间和精度显著下降.     

竖向载荷作用下框架结构力学模型的简化与计算

针对结构力学与工程结构设计中力学模型和载荷作用方式的简化,分别采用一次性加载法、模拟施工三加载法和分层法,研究了竖向载荷作用下框架结构力学模型的简化与计算,分析了三种方法的计算假定和计算结果,给出了合理适用范围。一次性加载法更适用于抗连续性倒塌分析和建筑结构改造设计计算,模拟施工三加载法更适用于新建工程的设计计算,分层法作为一种简化的手算方法可作为理解结构力学原理的基本方法。     

竖向载荷作用下框架结构力学模型的简化与计算

针对结构力学与工程结构设计中力学模型和载荷作用方式的简化,分别采用一次性加载法、模拟施工三加载法和分层法,研究了竖向载荷作用下框架结构力学模型的简化与计算,分析了三种方法的计算假定和计算结果,给出了合理适用范围。一次性加载法更适用于抗连续性倒塌分析和建筑结构改造设计计算,模拟施工三加载法更适用于新建工程的设计计算,分层法作为一种简化的手算方法可作为理解结构力学原理的基本方法。     

浅水舰船引起水底附近的扰动速度研究

基于浅水波浪理论,建立了亚临界和超临界航速条件下舰船运动引起水底附近扰动速度的理论计算模型。通过数值计算,揭示了扰动速度分量的变化规律和分布特点。建立了舰船扰动速度的测试系统,对船模运动引起的扰动速度进行了测量。横向扰动速度分量计算结果与实验结果基本吻合,纵向扰动速度分量计算结果与实验结果定性一致。理论与实验研究表明,...