沉底水下爆炸作用下舰船结构动响应数值模拟

摘 要：该文利用ABAQUS软件，对某实船模型在沉底水下爆炸载荷作用下的动响应进行了数值模拟。结果显示将沉底水下爆炸载荷等效成无限流场载荷的1.7倍是可行的，而纵向应变峰值跟结构的材料属性和结构方式有很大关系，材料厚度越大，加筋结构相对密集，则纵向应变峰值越小。

关键词：水下爆炸 仿真计算ABAQUS

中图分类号：U661.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-0-01

水下爆炸问题涉及多个领域，整个过程十分复杂，使得大部分实际问题很难得到解析解。而随着计算机硬件和计算方法的不断发展进步，水下爆炸数值研究得到了各国军方和学术界的高度重视，可对关键问题进行重复细致的研究，已成为研究水下爆炸现象及机理的一项重要手段。

程素秋[1]等通过试验和数值仿真方法对沉底爆炸载荷作用下圆柱结构响应进行了研究，将仿真结果与试验结果进行了比对，吻合度比较好。

杜志鹏[2]等为预测沉底装药爆炸产生气泡的最大半径和脉动周期，在理论研究的基础上，通过AUTODYN软件数值模拟了水下刚性壁上装药爆炸产生气泡的运动规律，并将数值结果与理论结果进行了比对，吻合度较好。

B.V.Zamyshlyayev[3]对沉底水下爆炸规律进行了研究，提出应将沉底爆炸简化为无限水域水下爆炸，将沉底载荷等效为无限水域载荷的107倍。

姚熊亮[4]等利用SPH方法对沉底水雷爆炸威力进行了数值仿真，对峰值压力反射系数和爆炸流场参量进行了细致的研究，认为海底反射系数水平线夹角有关，最大可达1.5.

郑思顼[5]利用ABAQUS软件对水下爆炸载荷作用下结构的响应进行了研究，验证了ABAQUS软件模拟结构受水下爆炸载荷作用弹塑性响应的有效性和准确性。该文利用ABAQUS软件，数值模拟了某型船在沉底水下爆炸载荷作用下的动响应，对沉底水下爆炸规律进行了探索。

1 计算模型简介

该文以某型舰船实船为研究对象，对其进行了整船建模。船长59 m，型宽8.5 m。结构网格大小0.25 m，水域内部网格0.15 m，均匀向外辐射，总网格数2577245个。建模流程采用ProE建立几何模型，Hypermesh建立有限元模型，ABAQUS完成数值计算。计算工况采用1000kgTNT船中舷侧70 m沉底爆炸。

2 数值计算结果分析

测点选择船中横剖面与总纵剖面交点处，船底、平台和甲板三个节点，对加速度和应变进行了对比分析，如表1和图1所示。

加速度峰值从船底至甲板递减，船底加速度峰值为甲板的5倍，结构的减震效应比较明显；应变峰值甲板比船底高，主要原因是这两处材料属性和结构加强方式不同，船底板较厚，且船底纵桁和肋骨构成的结构加强作用较强，而甲板板较薄，且没有纵桁的加强，所以应变峰值比较大。

3 结语

（1）该文将沉底水下爆炸载荷等效为无限流场1.7倍载荷，使用ABAQUS软件数值模拟了舰船的动响应。从数值结构分析，比较符合水下爆炸规律。

（2）计算结果显示：加速度峰值从船底至甲板递减，而应变峰值跟材料的属性和附近的结构形式以及载荷强度有关。一般是材料厚度越大，加筋结构相对密集，则纵向应变峰值越小。

参考文献

[1] 程素秋.遭受沉底爆炸载荷作用下的圆柱结构冲击损伤计算[J].舰船科学技术，2008（12）.

[2] 杜志鹏.水下刚性壁装药爆炸气泡简化模型和数值仿真[J].计算机仿真，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数值计算[J].爆炸与冲击，2011（3）.

[5] 郑思顼.水下爆炸冲击波对船体结构的损伤研究[D].击大连理工大学，2008.