沉底水下爆炸作用下艦船結構動響應數值模擬

王樹樂 陳高潔

摘 要：該文利用ABAQUS軟件，對某實船模型在沉底水下爆炸載荷作用下的動響應進行了數值模擬。結果顯示將沉底水下爆炸載荷等效成無限流場載荷的1.7倍是可行的，而縱向應變峰值跟結構的材料屬性和結構方式有很大關系，材料厚度越大，加筋結構相對密集，則縱向應變峰值越小。

關鍵詞：水下爆炸 仿真計算ABAQUS

中圖分類號：U661.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-0-01

水下爆炸問題涉及多個領域，整個過程十分復雜，使得大部分實際問題很難得到解析解。而隨著計算機硬件和計算方法的不斷發展進步，水下爆炸數值研究得到了各國軍方和學術界的高度重視，可對關鍵問題進行重復細致的研究，已成為研究水下爆炸現象及機理的一項重要手段。

程素秋[1]等通過試驗和數值仿真方法對沉底爆炸載荷作用下圓柱結構響應進行了研究，將仿真結果與試驗結果進行了比對，吻合度比較好。

杜志鵬[2]等為預測沉底裝藥爆炸產生氣泡的最大半徑和脈動周期，在理論研究的基礎上，通過AUTODYN軟件數值模擬了水下剛性壁上裝藥爆炸產生氣泡的運動規律，并將數值結果與理論結果進行了比對，吻合度較好。

B.V.Zamyshlyayev[3]對沉底水下爆炸規律進行了研究，提出應將沉底爆炸簡化為無限水域水下爆炸，將沉底載荷等效為無限水域載荷的107倍。

姚熊亮[4]等利用SPH方法對沉底水雷爆炸威力進行了數值仿真，對峰值壓力反射系數和爆炸流場參量進行了細致的研究，認為海底反射系數水平線夾角有關，最大可達1.5.

鄭思頊[5]利用ABAQUS軟件對水下爆炸載荷作用下結構的響應進行了研究，驗證了ABAQUS軟件模擬結構受水下爆炸載荷作用彈塑性響應的有效性和準確性。該文利用ABAQUS軟件，數值模擬了某型船在沉底水下爆炸載荷作用下的動響應，對沉底水下爆炸規律進行了探索。

1 計算模型簡介

該文以某型艦船實船為研究對象，對其進行了整船建模。船長59 m，型寬8.5 m。結構網格大小0.25 m，水域內部網格0.15 m，均勻向外輻射，總網格數2577245個。建模流程采用ProE建立幾何模型，Hypermesh建立有限元模型，ABAQUS完成數值計算。計算工況采用1000kgTNT船中舷側70 m沉底爆炸。

2 數值計算結果分析

測點選擇船中橫剖面與總縱剖面交點處，船底、平臺和甲板三個節點，對加速度和應變進行了對比分析，如表1和圖1所示。

加速度峰值從船底至甲板遞減，船底加速度峰值為甲板的5倍，結構的減震效應比較明顯；應變峰值甲板比船底高，主要原因是這兩處材料屬性和結構加強方式不同，船底板較厚，且船底縱桁和肋骨構成的結構加強作用較強，而甲板板較薄，且沒有縱桁的加強，所以應變峰值比較大。

3 結語

（1）該文將沉底水下爆炸載荷等效為無限流場1.7倍載荷，使用ABAQUS軟件數值模擬了艦船的動響應。從數值結構分析，比較符合水下爆炸規律。

（2）計算結果顯示：加速度峰值從船底至甲板遞減，而應變峰值跟材料的屬性和附近的結構形式以及載荷強度有關。一般是材料厚度越大，加筋結構相對密集，則縱向應變峰值越小。

參考文獻

[1] 程素秋.遭受沉底爆炸載荷作用下的圓柱結構沖擊損傷計算[J].艦船科學技術，2008（12）.

[2] 杜志鵬.水下剛性壁裝藥爆炸氣泡簡化模型和數值仿真[J].計算機仿真，2009（4）.

[3] Zamyshlyayev B V.Dynamic loading in underwater explosion[R].AD-757183，1973.

[4] 姚熊亮.沉底水雷爆炸威力的數值計算[J].爆炸與沖擊，2011（3）.

[5] 鄭思頊.水下爆炸沖擊波對船體結構的損傷研究[D].擊大連理工大學，2008.