基于并行计算的水下爆破型战斗部毁伤评估研究

摘要

战斗部是各类弹药和导弹等武器系统毁伤目标的最终毁伤单元，是各类弹药和导弹重要的组成部分。爆破型战斗部是现役兵器常规战斗部中的主要类型，其对目标的毁伤主要是通过爆炸产物（高温高压气体）、冲击波、气泡和爆炸时产生的破片等作用实现。水下爆破型战斗部的毁伤机理更为复杂，除上述作用外，还包含海面海底反射、气泡射流等多种因素。随着计算机技术和计算方法的发展，水下爆炸机理研究不断深入，数值模拟已成为目前研究水下爆炸的重要手段。
　　本文基于高性能集群系统的并行计算平台，以128核计算软件ABAQUS为研究手段，选定某船为目标靶船，由远至近，对爆破型战斗部毁伤能力进行了系统的数值模拟研究;以仿真结果为基础，通过多种爆破型战斗部毁伤能力评估方法，对每个工况的仿真结果进行了评估，给出最终评估结论。
　　首先，本文梳理了国内外水下爆炸的科研成果及研究现状，对爆破型战斗部水下爆炸毁伤机理和仿真技术进行了理论阐述，明确了本研究使用的方法和考虑的影响因素。
　　其次，对本研究使用的计算模型和建模方法进行了简单介绍，对预先设置的十个仿真工况进行了并行计算，并通过校验工况仿真结果与试验结果比对，证明了本研究使用的计算方法对于模拟爆破型战斗部毁伤能力的计算精度在工程上是可行的。因此，作为相同算法的其余工况仿真结果是合理可信的，为此总结对比了其余工况的仿真结果，给出了规律性的一般结论。
　　最后，本研究考虑了远场和近场、整体和局部等因素的影响，选定了四种评估方法，对每个工况的仿真结果进行了综合评估，给出了评估结果。在综合每种评估方法结果的基础上，对爆破型战斗部的毁伤能力进行了综合评定。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外现状分析

1．2．1 理论研究

1．2．2 试验研究

1．2．3 数值仿真研究

1．3 本文主要研究内容

2 爆破型战斗部水下爆炸作用机理

2．1 冲击波特性

2．2 气泡作用

2．3 自由面效应

2．4 海底效应

2．5 本章小结

3 水下爆炸试验数值仿真技术

3．1 解析方法

3．2 DAA方法

3．3 通用有限元软件使用的方法

3．3．1 CEL方法

3．3．2 ALE方法

3．3．3 声固耦合方法

3．4 集群系统并行计算效率

3．4．1 硬件性能测试

3．4．2 舰船缩比模型验证

3．5 本章小结

4 爆破型战斗部毁伤能力数值模拟

4．1 仿真计算模型

4．1．1 模型建立方法

4．1．2 有限元模型

4．2 仿真计算工况及测点位置

4．2．1 仿真试验工况设置

4．2．2 测点位置

4．3 仿真与试验数据比对结果

4．4 远场仿真结果分析

4．5 中近场仿真结果分析

4．5．1 工况六仿真结果分析

4．5．2 舷侧和船底正中爆炸仿真结果分析

4．6 近场仿真结果分析

4．6．1 工况九的仿真结果

4．6．2 工况十的仿真结果

4．7 不同冲击因子仿真结果比对

4．8 本章小结

5 爆破型战斗部毁伤能力仿真评估

5．1 仿真评估方法

5．1．1 近场毁伤能力评估方法

5．1．2 远距对船体冲击威力等级评估方法

5．2 仿真评估结果

5．3 本章小结

结论

今后工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢