水下接触爆炸作用下船体板架结构渐进损伤破坏机理研究
批准号:
51609049
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
明付仁
依托单位:
学科分类:
E1102.船舶工程
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
倪宝玉、曹雪雁、张忠宇、张之凡、孙鹏楠、彭玉祥、刘亮涛、张亭亭、刘文韬
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中文摘要
水下接触爆炸是高速、高压的剧烈物理过程,经常伴随着流体喷溅、结构撕裂、多相介质耦合掺杂等复杂力学现象,极大地威胁着舰船生命力。本研究着眼于水下接触爆炸对船体板架结构损伤破坏的基础问题,首先改进多裂纹形成和扩展的光滑粒子壳单元(SPS)模型,然后与可压缩的光滑粒子流体动力学(SPH)模型结合,建立SPH-SPS的流体-结构耦合数值模型;在此基础上,计及局部空化效应,研究水下接触爆炸冲击波在多相界面间传播、高压气团贴着壁面脉动和射流过程的载荷时空分布特性;最后,基于破坏力学理论,引入复合损伤因子,建立金属材料在多种损伤机制共同作用下的复合损伤破坏模型,结合爆炸水箱实验,探究水下接触爆炸对船体板架结构的损伤破坏机理。研究内容包括:1)建立水下接触爆炸SPH-SPS的瞬态流固耦合模型;2)计及局部空化效应的水下接触爆炸冲击载荷特性研究;3)水下接触爆炸对船体板架结构的渐进损伤破坏特性研究。
英文摘要
Underwater contact explosion is an abnormally violent process featured by high-speed, high-pressure, often accompanied by splashing of fluids, tearing of structures, coupling of multi-phase media and so on, which greatly threatens the vitality of the warship. The study focuses on these fundamental problems related to the damage characteristics of underwater contact explosions, based on the previous studies, firstly, the Smoothed Particle Shell (SPS) method for the crack formation and propagation is improved, then the coupling SPH-SPS method for fluid-structure interactions is established by combining with the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method for compressible fluid dynamics; On these bases, taking the local cavitation into account, the temporal and spatial distributions of the following loadings are studied, including the shockwave propagation among multiphase media, the asymmetric and short-period pulsations and rapid jets of the high-pressure bubble adsorbed on the wall, etc.; finally, based on the failure mechanics, the combined damage variable is introduced to establish the combined damage model under multiple damage mechanism, with the aid of the model experiments of contact explosions in the explosion tank, the damage mechanism of ship structures subjected to underwater contact explosions are summarized. The main studies are as follows: 1) the coupling SPH-SPS model for the transient fluid-structure interactions of underwater contact explosions; 2) the loadings of underwater contact explosions counting in the local cavitation; 3) the progressive damage characteristics of ship structures subjected to underwater contact explosions.
水下接触爆炸是高速、高压的剧烈物理过程,经常伴随着流体喷溅、结构撕裂、多相介质耦合掺杂等复杂力学现象,极大地威胁着舰船生命力。本研究着眼于水下接触爆炸对船体板架结构损伤破坏的基础问题,首先建立了能够模拟多裂纹扩展的光滑粒子壳单元(SPS)模型,然后与可压缩的光滑粒子流体动力学(SPH)模型结合,建立SPH-SPS的流体-结构耦合数值模型,并通过模型试验验证其有效性;进而研究了水下接触爆炸冲击波在多相界面间传播、近壁面气泡的脉动和射流过程的载荷时空分布特性,掌握了水下爆炸的局部空化效应;最后,基于破坏力学理论,引入复合损伤因子,建立金属材料在多种损伤机制共同作用下的损伤破坏模型,结合爆炸水箱实验,探究了水下接触爆炸对船体板架结构的渐进损伤破坏机理,为近场水下爆炸舰船结构毁伤特性研究以及舰船结构的防护设计等提供技术支撑。完成的研究内容包括:1)建立水下接触爆炸SPH-SPS的瞬态流固耦合模型;2)计及局部空化效应的水下接触爆炸冲击载荷特性研究;3)水下接触爆炸对船体板架结构的渐进损伤破坏特性研究。
期刊论文列表
专著列表
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专利列表
Towards the modeling of the ditching of a ground-effect wing ship within the framework of the SPH method
在 SPH 方法框架内对地效翼船的迫降建模
DOI:10.1016/j.apor.2018.09.014
发表时间:2019-01
期刊:Applied Ocean Research
影响因子:4.3
作者:Cheng H;Ming F R;Sun P N;Wang P P;Zhang A M
通讯作者:Zhang A M
A novel non-reflecting boundary condition for fluid dynamics solved by smoothed particle hydrodynamics
通过平滑粒子流体动力学求解的新型流体动力学非反射边界条件
DOI:10.1017/jfm.2018.852
发表时间:2018-12
期刊:Journal of Fluid Mechanics
影响因子:3.7
作者:Wang Pingping;Zhang A-Man;Ming Furen;Sun Pengnan;Cheng Han
通讯作者:Cheng Han
Multi-phase SPH modelling of air effect on the dynamic flooding of a damaged cabin
空气对受损舱室动态进水影响的多相 SPH 建模
DOI:10.1016/j.compfluid.2017.12.012
发表时间:2018-02
期刊:Computers & Fluids
影响因子:2.8
作者:Cao X. Y.;Ming F. R.;Zhang A. M.;Tao L.
通讯作者:Tao L.
DOI:10.1155/2019/9026214
发表时间:2019-01
期刊:Shock and Vibration
影响因子:1.6
作者:Zi-Fei Meng;Xue-Yan Cao;F. Ming;A. Zhang;Bin Wang
通讯作者:Zi-Fei Meng;Xue-Yan Cao;F. Ming;A. Zhang;Bin Wang
Numerical investigation of rising bubbles at a free surface through a multiphase SPH model
通过多相 SPH 模型对自由表面上升气泡进行数值研究
DOI:--
发表时间:2017
期刊:Meccanica
影响因子:2.7
作者:F.R. Ming;A.M. Zhang;P.N. Sun
通讯作者:P.N. Sun
深水环境下聚能接触爆炸载荷及其对双壳体潜艇结构的毁伤机理研究
- 批准号:52071109
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2020
- 负责人:明付仁
- 依托单位:
水下爆炸毁伤后期舰船急速进水的空气效应及船体喘息式运动机理研究
- 批准号:51879053
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:明付仁
- 依托单位:
国内基金
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