舰船结构对水下近距爆炸的响应研究进展

唐廷; 朱锡; 韦灼彬; 侯海量

doi:10.3969/j.issn.1673-3185.2012.02.001

舰船结构对水下近距爆炸的响应研究进展

唐廷^1,2,,
朱锡¹,
韦灼彬¹,
侯海量²

1海军工程大学天津校区.天津塘沽3004502海军工程大学船舶与动力学院.湖北武汉430033

基金项目: 中国博士后基金项目(20100471794)

详细信息

作者简介:
唐廷(1980-)，男，博士。研究方向：武器效应与工程防护。朱锡(1983-)，男，博士，教授，博士生导师。研究方向：船舶抗爆炸冲击及装甲防护技术

通讯作者:
唐廷

中图分类号: U674.703，O383.1
计量
- 文章访问数: 461
- HTML全文浏览量: 96
- PDF下载量: 1834
出版历程
- 收稿日期: 2011-08-06
- 修回日期: 2011-09-19
- 录用日期: 2012-04-19
- 刊出日期: 2012-04-25

Review on Response of Warship StructuresSubjected to a Close Underwater Explosion

1 Tianjin Campus,Naval University of Engineering,Tianjin 300450,China2 College of Naval Architecture and Power,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China

More Information

Corresponding author:
Tang Ting: TANG Ting

舰船结构对水下近距爆炸的响应研究进展唐廷，采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。

摘要

摘要: 开展舰船结构对水下近距爆炸的响应研究对于改善舰船结构的防护性能、增强战时的生存能力具有十分重要的意义。通过综合近年来舰船结构对水下近距爆炸响应的研究成果.阐明了水下近距爆炸载荷的理论、实验和数值研究进展，并分类总结了水下近距爆炸时的流体结构相互作用与平板、圆柱壳、梁和舰船结构响应的研究现状。最后给出了当前急需加强研究的4个方面的问题：复杂边界条件下的水下爆炸载荷特性、结构冲击破坏的仿真、结构模型试验相似规律以及新型材料和结构对水下近距爆炸载荷的响应
- 爆炸力学 /
- 水下爆炸 /
- 结构响应 /
- 研究综述
Abstract: By reviewing the response of warship structures subjected to a close underwater explosion，the theoretic，experimental and numerical study developments on loading of close underwater explosion were illustrated，and the fluid-structure interaction and response of plates，cylindrical shells，beams and warship structures subjected to a close underwater explosion were summarized. Four aspects that should be studied urgently were presented as follows：characteristics of underwater explosion loading in complex boundary conditions，simulation of impact destroy of structures，comparability of models test，and response of new materials and structures to close underwater explosion.
- explosive mechanics /
- underwater explosion /
- response of structure /
- review

HTML全文

参考文献(72)

[1]	COLE R H．Underwater explosion[M]．Princeton：Princeton University Press，1948.
[2]	ZAMYSHLYAYEV B V，YAKOVLEV Y S．Dynamic Loads AceompanyinganUnderwaterExplosion[R]．Sudostroyeniye， Leningrad，1967.
[3]	ZAMYSHLYAYEV B V．Dynamic loads in underwater explosion[R]．AD-757183，1972：86-120.
[4]	BRETF J M，YIANNAKOPOLOUS G．A study of explosive effects in elose proximity to a submerged cylinder[J]． International Journal of Impact Engineering，2008，35（4）： 206-225.
[5]	HERRING C．Theory of the pulsations of the gas bubble produced by an underwater explosions[R]//Underwater Explosion Research：A Compendium of British and American Reports，Vo1．II-The Gas Globe．USA：Office of Naval Research，Department of the Navy，1951.
[6]	方斌，朱锡，陈细弟，等．水平刚性面下方水下爆炸气泡垂向运动的理论研究[J]．爆炸与冲击，2006，26（4）：345350． FANG B，ZHU X，CHEN X D，et a1．Pulsation dynamics of an underwater explosion bubble vertical migrating to a horizontal rigid plane[J]．Explosion and Shock Waves，2006， 26（4）：345-350.
[7]	方斌，朱锡，张振华．垂直刚性面边界条件下水下爆炸气泡运动的理论研究[J]．海军工程大学学报，2007，19（2）： 81-85． FANG B，ZHU X，ZHANG Z H．Theoretical study of the pulsation dynamics of an underwater explosion bubble with a vertical rigid plane[J]．Journal of Naval University of Engineering，2007，19（2）：81-85.
[8]	杜志峭，汪玉，辛春亮．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，2009，26（4）：10-13，17．DU Z P，W ANG Y ，XIN C L．Simplified bubble dynamic model and numerical simulation of charge underwater explosion on a fixed rigid floor[J]．Computer Simulation， 2009，26（4）：10-13，17.
[9]	E．I．舍米亚金．弹塑性理论的动力学问题[M]．戚承志，译．北京：科学出版社．2009.
[10]	CHAHINE G L，KALUMUCK K M．The influence of structural deformation on water jet impact loading[J]． Journal of Fluids and Structures，1998，12（1）：103-121.
[11]	洪江波，李海涛，朱锡，等．水下爆炸的高速摄影测试技术研究[J]．武汉理工大学学报，2008，30（5）：82-86． HONG J B，LI H T，ZHU X，et a1．High-speed photographic investigation of bubble induced by underwater explosion[J]．Journal of Wuhan University of Technology， 20o8，30（5）：82-86.
[12]	牟金磊，朱锡，黄晓明，等．水下爆炸气泡射流现象的试验研究[J]．哈尔滨工程大学学报，2010，31（2）：154-158． MU J L，ZHU X，HUANG X M，et a1．Experimental study of jets formed by bubbles from underwater explosions[J]． Journal of Harbin Engineering University，2010，3 1（2）： 154-158.
[13]	MATSUMOTO K．Boundary curvature effects on gas bubble oscillations in underwater explosion[R]．ADA308087， Monterey，CA：Naval Postgraduate School，1996.
[14]	SWEGLE J W，KIPP M E．SPH and eulerian underwater bubble collapse simulations[R]．SAND98-1040 UC-705， 1998.
[15]	CHAHINE G L，KALUNUCK K M，Hsiao C T．Simulation of surface piercing body coupled response to underwater bubble dynamics utilizing 3DynaFS， a three-dimensional BEM code[J]．Computational Mechanics，2003， 32（4/6）：319-326.
[16]	WANG C，KHO0 B C，YEO K S．Elastic mesh technique for 3D BIM simulation with an application to underw ater explosion bubble dynamics[J]．Computers and Fluids， 2003，32（9）：1195-1212.
[17]	WANG C，KHOO B C．An indirect boundary element method for three-dimensional explosion bubbles[J]．Journal of Computational Physics，2004，194（2）：451-480.
[18]	BRUJAN E A，PEARSON A，BLAKE J R．Pulsating， buoyant bubbles close to a rigid boundary and near the null final Kelvin impulse state[J]．International Journal of Multiphase Flow，2005，31（3）：302-317.
[19]	KLASEBOER E，KHO0 B C，HUNG K C．Dynamics of an oscillating bubble near a floating structure[J]．Journal of Fluids and Structures，2005，21（4）：395-412.
[20]	KADIOGLU S Y，SUSSMAN M．Adaptive solution techniques for simulating underwater explosions and implosions[J]．Journal of Computational Physics，2008，227（3）： 2083-2104.
[21]	张阿漫，姚熊亮．复杂边界附近气泡的动态特性研究 [J]．力学季刊，2008，29（1）：24-32． ZHANG A M ，YAO X L．Dynamics of bubbles near COBplex boundary[J]．Chinese Quarterly of Mechanics，2008， 29（1）：24-32.
[22]	张阿漫．姚熊亮．近自由面水下爆炸气泡的运动规律研究[J]．物理学报，2008，57（1）：339-353． ZHANG A M ，YAO X L．The law of the underwater explosion bubble motion near free surface[J]．Acta Physics Sinica，2008，57（1）：339-353.
[23]	WOOD S L．Cavitation effects on a ship-like box structure subjected to an underwater explosion[R]．ADA354937，CA，Monterey：Naval Postgraduate School，1998.
[24]	BEITER K A．The effect of stiffener smearing in a shiplike box structure subjected to an underwater explosion [R]．ADA353271，Monterey，CA：Naval Postgraduate School，1998.
[25]	MALONE P E．Surface ship shock modeling and simulation：extend investigation[R]．ADA386401，Monterey， CA ：Naval Postgraduate School，2000.
[26]	TAYLOR G T．The pressure and impulse of submarine explosion waves on plates[R]．FC235，Ministry of Home Security Report，1941.
[27]	GEERS T L．Residual potential and approximate methods for three dimensional fluid-structure interaction problem [J]．Journal of the Acoustical Society of America，1971， 49（5B）：1505-15l1.
[28]	GEERS T L．Doubly asymptotic approximations for transient acoustic wave[J]．Journal of the Acoustical Society of America，1978，64（5）：1505-1508.
[29]	GEERS T L．Third-order doubly asymptotic approximations for computational acoustics[J]．Journal of Computational Acoustics，2000，8（1）：101-120.
[30]	刘建湖．舰船非接触水下爆炸动力学的理论和应用 [D]．无锡：中国船舶科学研究中心，2002． LIU J H．Theory and its application of ship dynamic responses to non-contact underw ater explosions[D]．Wuxi： China Ship Scientific Research Center，2002.
[31]	HAMDAN F H_Near-field fluid-structure interaction using Lagrangian fluid finite elements[J]．Computers and Structures，1999，71（2）：123-141.
[32]	KOBASHI W，MATSUO A，MURATA K，et a1．Explosion simulation including a coupled fluid-structure interaction problem using smoothed particle hydrodynamics[C]//Proceeding of 44th AIAA Aerospace Science Meeting and Exhibit．Reno．Nevada，2006：190.
[33]	JIANG J，OLSON M D．Non-linear transient analysis of submerged circular plates subjected to underwater explosions[J]．Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering，1996，134（1/2）：163-179.
[34]	RAMAJEYATHILAGAM K，VENDHAN C P，RAO V B． Non-linear transient dynamic response of rectangular plates under shock loading[J]．International Journal of Impact Engineering，2000，24（1）：999-1015.
[35]	RAMAJEYATHILAGAM K，VENDHAN C P．Deformation and rupture of thin rectangular plates subjected tounderwater shock[J]．International Journal of Impact Engineering，2004，30（6）：699-719.
[36]	RAJENDRAN R，NARASIMHAN K．Damage prediction of clamped circular plates subjected to contact underwater [48] explosion[J]．International Journal of Impact Engineering，2001，25（4）：373-386.
[37]	RAJENDRAN R，NARASIMHAN K．Linear elastic shock response of plane plates subjected to underwater explosion[J]．International Journal ofImpact Engineering，2001， 25（5）：493-506．
[38]	RAJENDRAN R，NARASIMHAN K．Deformation and facture behavior of plate specimens subjected to underwater explosion-a review[J]．International Journal of Impact Engineering，2006，32（12）：1945-1963.
[39]	HUNG C F，HSU P Y，HWANG-FUu J J．Elastic shock response of an air-backed plate to underwater explosion [J]．International Journal of Impact Engineering，2005， [50] 31（2）：l51-168.
[40]	谌勇，唐平，汪玉，等．刚塑性圆板受水下爆炸荷载时的动力响应fJ]．爆炸与冲击，2005，25（1）：90-96． CHEN Y，TANG，WANG Y，et a1． Dynamic response analysis of rigid-plastic circular plate under underw ater blast loading[J]．Explosion and Shock Waves，2005，25 （1）：90-96．
[41]	陈永念．谭家华．固支方形板在水下爆炸冲击波荷载作用下动态响应数值仿真研究[J]．舰船科学技术，2008， 30（1）：131-135． CHEN Y N．TAN J H．Dynamical response of square plates under shock loading[J]．Ship Science and Technology，2008，30（1）：131-135.
[42]	王善，王振宇，唐兆田，等．气泡脉动压力作用下圆板的 [53] 响应分析[J]．哈尔滨工程大学学报，2008，29（6）：544549． WANG S．W ANG Z Y，TANG Z T，et a1．Research on the response of circular plates to bubble pulsation pressure [54] [J]．Journal of Harbin Engineering University，2008，29 （6）：544-549.
[43]	JIANG J，OLSON M D．Rigid-plastic analysis of underwater blast loaded stiffened plates[J]．International Journal of Mechanical Sciences，1995，37（8）：843-859.
[44]	LIBRESCU L，OH S Y，HOHE J．Dynamic response of anisotropic sandwich flat panels to underwater and in-air explosions[J]．International Journal of Solids and Structures，2006，43（13）：3794-3816.
[45]	LIBRESCU L，OH S Y，HOHE J．Linear and non-linear dynamic response of sandwich panels to blast loading[J]． Composites：Part B，2004，35（6/8）：673-683． [46] JEN C Y，TAI Y S．Deformation behavior of a stiffened panel subjected to underwater shock loading using the non-linear finite element method[J]．Materials and Design，2010，31（1）：325-335.
[46]	GUPTA N K，KUMAR P，HEGDE S．On deformation and tearing of stiffened and un-stiffened square plates sub jected to underwater explosion-a numerical study[J]．International Journal of Mechanical Sciences，2010，52（5）： 733-744．
[47]	朱锡，白雪飞，黄若波，等．船体板架在水下接触爆炸作用下的破口试验[J]．中国造船，2003，44（1）：46-52． ZHU X，BAI X F，HUANG R B，et a1．Crevasse experiment research of plate membrance in vessels subjected to underwater contact explosion[J]．Ship Building of China， 2003，44（1）：46-52．
[48]	张振华．陈平毅，漆万鹏，等．舰船局部板架结构在水下爆炸冲击波下动态响应的相似律研究[J]．振动与冲击，2008，27（6）：81-86． ZHANG Z H，CHEN P Y，Q1 w P，ct a1．Scaling law of dynamic response of stiffened plates for a ship subjected to underwater shock[J3．Journal of vibration and shock， 2008，27（6）：81-86．
[49]	牟金磊，朱锡，张振华，等．水下爆炸载荷作用下加筋板变形及开裂试验研究[J]．振动与冲击，2008，27（1）： 57-60． MU J L，ZHU X，ZHANG Z H，et a1．Experimental study on deformation and rupture of stiffened plates subjected to underwater shock[J]．Journal of Vibration and Shock， 2008，27（1）：57-60．
[50]	SHIN Y S，HOOKER D T．Damage response of submerged imperfect cylindrical structures to underw ater explosion [J]．Computers and Structures，1996，60（5）：683-693．
[51]	PI~DRON C，COMBESCURE A．Dynamic buckling of stiffened cylindrical shells of revolution under a transient lateral pressure shock wave[J]．Thin-Wailed Structures， 1995，23（1/4）：85-105．
[52]	HUNG C F，LIN B J，HWANG-FUU J J，et a1．Dynamical response of cylindrical shell structures subjected to underwater explosion[J]．Ocean Engineering，2009，36（8）： 564-577．
[53]	王刚．陈铁云．圆柱壳在水下径向爆炸荷载下的弹塑性动力响应[J]．上海交通大学学报，1997，3l（11）：106111． WANG G，CHEN T Y．Elastoplastie dynamic response of a cylindrical shell to underw ater radial explosion loading [J]．Journal of Shang}lai Jiao Tong University，1997，31 （11）：106-111．
[54]	姚熊亮，王玉红，史冬岩，等．圆筒结构水下爆炸数值实验研究[J]．哈尔滨工程大学学报，2002，23（1）：5-8，36． YAO X L，W ANG Y H，SHI D Y，et a1．Numerical experiment on underwater explosion of cylinder[J]．Journal of Harbin Engineering University，2002，23（1）：5-8，36．
[55]	余晓菲．刘土光．余宏坤．圆柱壳在水下爆炸载荷下的流一固耦合响应分析[J]．振动与冲击，2007，26（7）：125128． YU X F．LIU T G．YU H K．Dynamic response of a cylindrical shell subject to underwater explosive loading[J]． Journal of Vibration and Shock，2007，26（7）：125-128．
[56]	李健．荣吉利．水下爆炸圆柱壳塑性动态响应实验及数值计算[J]．北京理工大学学报，2008，28（8）：659-662． LI J．RONG J L．Experimental and numerical investigations of dynamic response for cylindrical shell subjected to underwater explosion[J]．Transaction of Beijing Institute of Technology，2008，28（8）：659-662.
[57]	CUNNINGHAM R E，KWON Y W．Simplified finite element modeling of stiffened cylinders subjected to underwater explosion[R]．ADA305920，Monterey，CA：Naval Postgraduate School，1996.
[58]	KWON Y W，CUNNINGHAM R E．Comparison of USADYNA finite element models for a stiffened shell subject to underwater shock[J]．Computers and Structures，1998， 66（1）：127-144.
[59]	ZONG Z．A hydroplastic analysis of a free-free beam floating on water subjected to an underwater bubble[J]． Journal of Fluids and Structures，2005，20（3）：359-372.
[60]	董海，刘建湖，吴有生．水下爆炸气泡脉动作用下细长加筋圆柱壳的鞭状响应分析[J]．船舶力学，2007，11 （2）：250-258． DONG H．LIU J H，W U Y S．W hipping response analysis of slender stiffened cylindrical shell subjected to underwater explosion with bubble pulse[J]．Journal of Ship Mechanics，2007，11（2）：250-258.
[61]	李海涛，朱锡，王路，等．球面冲击波作用下船体梁整体运动的简化理论模型[J]．爆炸与冲击，2010，30（1）： 85-90． LI H T，ZHU X，W ANG L，et a1．A simplified theory model for bulk movement of ship-like beams subjected to spherical shockwaves[J 1．Explosion and Shock Wave， 2010，30（1）：85-90.
[62]	SANTIAGO L D．Fluid-interaction and cavitation effects on a surface ship model due to an underw ater explosion [R]．ADA320830，Monterey，CA：Naval Postgraduate School，1996.
[63]	WOOD S L．Cavitation effects on a ship-like box strueture subjected to an underwater explosion[R]．ADA一 354937，Monterey，CA ：Naval Postgraduate School，1998.
[64]	SPRAGUE M A，GEERS T L．A spectral-element/finiteelement analysis of a ship-like structure subjected to an underwater explosion[J]．Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering，2006，195（17/18）：21492167.
[65]	LIANG C C，TAI Y S．Shock responses of a surface ship subjected to noncontaet underwater explosions[J]．Ocean Engineering，2006，33（5/6）：748-772.
[66]	张振华，王乘，朱锡，等．潜艇艇体结构在水下爆炸冲击载荷作用下损伤研究[J]．振动与冲击，2005，24（5）： 81-85． ZHANG Z H，W ANG C，ZHU X，et a1．Damage analysis of submarine structure subjected to underwater blast loading[J]．Journal ofVibration Shock，2005，24（5）：81-85．
[67]	黄国兵．赵耀．胡刚义．潜艇典型舱段水下爆炸动态响应分析[J]．振动与冲击，2007，26（10）：l 18-125． HANG G B，ZHAO Y，HU G Y．Dynamic response of a typical submarine compartment subjected to underwater explosion[J]．Journal of Vibration and Shock，2007，26 （10）：118-125．
[68]	姚熊亮．刘东岳．张阿漫，等．潜艇结构水下爆炸动态响应仿真研究[J]．哈尔滨工程大学学报，2008，29（9）： 902-906． YAO X L，LIU D Y，ZHANG A M ，et a1．Simulating the dynamic response of submarine structures subjected to underwater explosions[J]．Journal of Harbin Engineering University，2008，29（9）：902-906．
[69]	朱锡．张振华．刘润泉，等．水面舰艇舷侧防雷舱结构模型抗爆试验研究[J]．爆炸与冲击，2004，24（2）：133139． ZHU X，ZHANG Z H，LIU R Q，et a1．Experimental study on the explosion resistance of cabin near shipboard of surface warship subjected to underwater contact explosion [J]．Explosion and Shock Waves，2004，24（2）：133-139．
[70]	陈卫东．于诗源．王飞．等．多层板壳结构在水下接触爆炸载荷作用下的试验研究[J]．哈尔滨工程大学学报， 2009，30（1）：19-22． CHEN W D，YU S Y，WANG F，et a1．Experimental study of multilayer shell structures in underw ater contact explosions[J]．Journal of Harbin Engineering University，2009， 30（1）：19-22．
[71]	张振华．王乘．黄玉盈．等．舰船底部液舱结构在水下爆炸作用下的动态响应实验研究[J]．爆炸与冲击，2007， 27（5）：431-437． ZHANG Z H ．WANG C．HUANG Y Y．Experiment research of the dynamic response of fluid cab in in the bottom of warship subjected to underwater explosion[J]．Explosion and Shock Waves，2007，27（5）：431-437．
[72]	李磊．冯顺山．董永香，等．水下爆炸对船底结构毁伤效应的数值仿真[J]．舰船科学技术，2007，29（1）：91-94． Ll L．FENG S S，DONG Y X，et a1．Numerical simulation of damage effect to bottom construction subjected to underwater explosion[J]．Ship Science and Technology， 2007，29（1）：91-94．