舰船舱室内典型目标的力学毁伤效应研究

摘要

采用数值模拟与试验分析相结合的方式，对穿甲爆破弹形成的力学毁伤元作用于舱室内目标的毁伤效应进行分析。分别对冲击波的毁伤效果、爆炸破片的毁伤效果以及破片与冲击波对舱室内管路目标共同的作用效果进行研究；并设计了舱室内爆试验对仿真分析结果进行验证。研究结果为提升舰船生命力、保护人员设备、增强战斗部毁伤性能提供了参考。
　　首先建立了目标坐标系和弹体坐标系，并对转换矩阵进行推导。根据爆心与目标位置关系得到了舱内目标受冲击波作用时受力公式。对有弹丸初速影响的破片空间动态分布公式进行推导，建立了破片击中舱室目标的计算模型。
　　利用 LS-Dyna对冲击波毁伤元在舱室内的作用效果进行仿真分析，并对舱室内几个特征点超压进行测量。对于所建舱室，在0.57kg装药冲击波作用下各个特征点压力均已超过76.93kPa毁伤判据值。冲击波叠加在舱壁交汇处形成汇聚波，汇聚波超压峰值为初始冲击波的4~8倍。分析了不同装药量下舱室毁伤效果，对于0.057kg装药量，冲击波在10ms时仍未传至侧舷位置；对于5.7kg装药量，2.5ms爆炸产物已传至整个舱室，上下甲板中段与侧舷汇聚处焊缝失效撕裂形成破口。
　　然后使用 Autodyn对自然破片的形成过程及舱室内管路目标受破片冲击波共同作用进行仿真分析。结果可知，对目标的毁伤主要依靠圆柱部的破片，圆柱部破片数目占总数的51.27％，速度集中在1000m/s~1400m/s，最大值为1532m/s，飞散角变化均匀。弹头部、弹尾部破片初速较低，飞散角变化剧烈。管路受破片作用时中段形变量为0.84cm；受冲击波作用时形变量为0.13cm；当两种毁伤元共同作用时，管路中段的形变量为0.98cm。破片冲击波共同作用时沿Z向正应力最大值与冲击波单独作用时相比增大3.5%。
　　最后用舱室内爆试验验证分析结果，舱室试验结果与仿真结果较为符合。对于一般目标，冲击波与破片均能造成毁伤；但对于壁厚较大、柔性较好目标（例如管路线缆），冲击波对其造成损伤有限，毁伤主要来自破片侵彻。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题及意义

1.2舰炮的攻击特征

1.3舰船目标选取

1.4舰船舱室内部力学毁伤研究现状

1.5本文研究主要内容

第2章 舱室目标与力学毁伤元分析

2.1舱室目标分析

2.2舱室内力学毁伤元

2.3破片毁伤元舱室内作用分析

2.4本章小结

第3章 舱室内弹目交汇分析

3.1弹目坐标系

3.2冲击波与目标的交汇

3.3破片与目标的交汇

3.4本章小结

第4章 战斗部舱内爆炸毁伤效应仿真分析

4.1引言

4.2舱内爆炸毁伤效应仿真分析

4.3不同装药量舱室内爆仿真分析

4.4本章小结

第5章 破片杀伤效应分析

5.1弹体破碎性试验

5.2战斗部自然破片形成仿真分析

5.3 典型目标毁伤仿真分析

5.4破片冲击波联合共同作用分析

5.5本章小结

第6章 舱室内爆试验

6.1反舰战斗部

6.2舱室建立

6.3传感器的选取

6.4试验舱内目标

6.5舱室布置

6.6试验结果分析

6.7本章小结

结论

工作总结

研究结论

本文创新点

需要进一步开展的工作

参考文献

攻读硕士论文期间发表的论文和获取的科研成果

致谢