﻿ 空中爆炸载荷作用下舰船水密门抗冲击分析
 舰船科学技术  2020, Vol. 42 Issue (2): 51-54 PDF

1. 中国人民解放军91439部队，辽宁 大连 116041;
2. 大连医科大学计算机中心，辽宁 大连 116041;
3. 江阴市船舶设备制造有限公司，江苏 无锡 214400

Impact analysis of ship watertight door under the action of airborne explosion research
LIU Wen-si1, ZHU Qian2, XU Hua3
1. No.91439 Unit of PLA, Dalian 116041, China;
2. Dalian Medical university, Dalian 116041, China;
3. Jiangyin Ship Equipment Manufacturing Co. Ltd., Wuxi 214400, China
Abstract: The typical airborne explosive load conditions are selected, and ls-dyna is used to simulate the airborne explosion load in real time. The influence of different structural forms on the watertight door impact response is studied. The watertight door structure is realized by calculating the impact resistance of the two structural watertight door devices respectively. In the motion response process under air-explosion impact, the maximum stress and strain characteristic parameters of the structure are compared and analyzed. The maximum stress position and structural impact characteristics of different structural watertight doors are obtained. The maximum response displacement of watertight door equipment is obtained, indicating that the plate reinforcement structure can be effective. The overall maximum strain value and maximum displacement of the watertight door are reduced, which provides a technical path for the impact analysis and optimization design of the shipborne equipment.
Key words: air explosion     watertight door     impact analysis
0 引　言

1 水密门设备三维模型建立

 图 1 两种结构水密门简化三维模型 Fig. 1 Two kinds of watertight door simplified three-dimensional model
2 水密门设备有限元建模 2.1 门板

2.2 夹头构件

2.3 板架加强结构

2.4 刚性舱壁

2.5 材料

 $\frac{{{\sigma _y}}}{{{\sigma _0}}} = 1 + {\left( {\frac{{\mathop \varepsilon \limits^ \cdot }}{D}} \right)^{1/q}}{\text{。}}$

2.6 边界条件

 图 2 两种结构水密门设备有限元整体模型 Fig. 2 Finite element model of two kinds of structural watertight door
3 抗冲击计算

3.1 工况设置及载荷分析

 图 3 门板中央处冲击波压力时程曲线 Fig. 3 Shock wave pressure time history curve at the center of the door panel
3.2 计算结果 3.2.1 两种结构水密门整体及典型位置应力

 图 4 两种结构水密门门板von-mises应力云图及中心单元应力时程曲线 Fig. 4 Stress cloud of two structural watertight door panels and stress time history curve of central unit

 图 5 不同时刻2种结构水密门整体von-mises应力最大值 Fig. 5 Maximum stress of two structural watertight doors at different times

 图 6 两种结构水密门最大峰值应力大于400 MPa的单元 Fig. 6 Two structural watertight doors with maximum peak stress greater than 400 MPa
3.2.2 两种结构水密门塑性变形云图

3.2.3 水密门典型位置速度及整体最大位移

 图 7 门板中心及长短边框中心3个节点位移曲线 Fig. 7 Three node displacement curves at the center of the door panel and the center of the long and short border

4 结　语

1）水密门结构在空爆冲击过程中的冲击响应为：门板作为迎爆面首先受冲击波压力作用后撞击舱壁前表面后压缩，冲击波压力过后门板弹离舱壁，整个冲击过程未发生结构破坏；夹头构件受到门板传递的应力波作用，随后在门板弹离舱壁过程中撞击舱壁背爆面表面之后应力进一步增大导致不同程度塑性变形。

2）在1 kg TNT距离门板中央法线方向1 m处空中爆炸作用情况下，强冲击波最先到达门板中心，短时间内（8×10–4 s）应力波快速扩展至整个水密门结构。2种结构水密门门板应力云图显示设置板架结构会在门板与板架交界处产生应力集中现象，虽然这会使交界处局部应力增大，但设置板架结构可以使水密门整体应力值有效地平均化，达到减小水密门整体最大应力值和最大应变值的作用。

3）通过对应力云图分析可得出不同结构水密门最大应力位置规律。无板架加强结构的水密门均为夹头构件及门板边框上的单元，且位于长边处的夹头构件单元最大应力大于短边处的夹头构件单元最大应力，长边处的夹头构件中，中间的夹头构件单元应力最大。设置板架加强结构的水密门则主要发生在板架结构及部分夹头构件上的单元，说明板架加强结构有效承担了爆炸冲击载荷。

4）门板结构塑性应变大于0.03的部位主要发生在夹头构件与门板联接作用的螺孔处、与舱壁结构接触的尖端处，其他大部分结构塑性应变很小，因此设备安装连接结构是抗冲击设计要关键考虑的问题。板架加强结构可以有效地减小水密门整体最大应变值的作用，2种结构形式的水密门最大塑性应变均不超过0.28，可认为均未发生结构破坏。

5）无板架加强结构的水密门门板最大位移0.059 7 m，设置板架加强结构的水密门门板最大位移0.020 4 m。无板架加强结构的水密门夹头最大位移0.057 3 m，设置板架加强结构的水密门门板最大位移0.029 6 m。可见设置板架加强结构可以有效地减小水密门整体最大位移，使水密门承受空爆载荷冲击而不引起与舱壁结构的脱开。

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