基于ABAQUS的小水线面双体船抗水下爆炸响应规律分析.docx

基于ABAQUS的小水线面双体船抗水下爆炸

响应规律分析

岳永威，王超，邱中辉，李梦阳

（哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001）

摘要：文章基于非线性有限元软件ABAQUS对不同水下爆炸工况下小水线面双体船的结构动响应进行

了计算，分析了各爆炸参数对其冲击响应规律的影响。首先利用数值手段对小水线面双体船结构进行建模，

利用ABAQUS中的声固耦合算法模拟了爆炸载荷与结构的相互作用，通过提取各工况的冲击响应曲线，并

对应力云图进行分析，得出了不同爆炸参数对双体船水下爆炸冲击响应规律的影响。

关键词：水下爆炸；小水线面双体船；ABAQUS；Mises应力云图

1.引言

小水线面双体船作为一种新型的高性能水面舰船，由于其甲板面积宽、舱容大、具有良

好的快速性、操纵性等优点，已经逐渐成为海军装备系统的重要船型之一。因此，对其抗水

下爆炸性能的分析也成为科研工作者关注的焦点。从公开发表的文献来看，国内关于舰船抗

冲击技术的研究对象绝大多数集中于单体船，对双体船等新船型的抗冲击性能研究几乎没

有。因此，本文将对典型双体船结构进行有限元建模，使用通用有限元软件ABAQUS中的

声固耦合算法模拟水中冲击波载荷与结构的相互作用，计算小水线面双体船在不同水下爆炸

工况下的冲击响应,分析各爆炸参数对其冲击响应规律的影响，为相关船型的抗冲击设计提

供参考依据。

2.计算模型介绍

本文利用其他通用有限元软件对某典型双体船进行有限元建模。有限元模型主要用到的

是壳单元和梁单元，壳单元主要用于模拟船体上的甲板、舷侧板、舱壁板和底板等，梁单元

主要用于模拟结构的中横梁、加强材、肋骨框架、甲板纵桁、舱壁桁材和船底纵桁等构件，图1为双体船有限元模型。此外，在对舰船进行水下爆炸数值分析时，舷外流场将直接对舰船产生重力、阻尼和惯性等方面的影响，因此合理建立舷外流场模型也十分重要。根据相关文献的结论，本研究取流场半径是结构半径的4倍，图2为双体船及其舷外流场有限元模型。

图1双体船有限元模型图2双体船及其舷外流场有限元模型

双体船在水下爆炸载荷后将于流场一起产生振荡运动，因此必须对与流场接触的双体船

结构进行边界条件的设定，从而确保数值实验结果的精确性。本文通过ABAQUS中的

INTERACTION选项菜单中的*TIE关键字，分别定义结构与流场接触的部位为主面，相应

1

流场的面为从面，对应于ABAQUS软件中的绑定约束边界条件，即将主从面束缚在一起。

此时,在从属面上的每一个节点被约束为与在主控面上距它最接近的点具有相同的运动，所

有平移和转动自由度本约束，可以客观的描述结构与冲击波作用的物理环境。

3.爆炸工况及载荷模拟

药包在水中爆炸后首先产生冲击波,接着是气泡脉动压力，关于冲击波阶段和气泡膨胀

与收缩阶段的压力模拟，GeersandHunter已经得出了很好的估算公式，本文就基于Geersand

Hunter的载荷模型，计算并确定ABAQUS中的载荷模拟曲线。为了更加全面的考核双体船在

水下爆炸载荷作用下的动响应，本节基于不同的位置按规律设定了16种工况，在这16种工况下对双体船承受爆炸载荷的结构响应进行数值计算，系统全面的分析双体船典型部位的动响应，总结出结构的响应规律。图3为工况设置示意图，具体设置参数如表1所示。

双体船舯横剖面

水线面

攻角水

深

θ

D冲击波入射点

药包

图3双体船设计工况示意图

表1双体船水下爆炸工况设置

工况药量kg爆心位置冲击波入射点爆距m

M1250（0，0，-50）（0，0，0）50

M2250（0，0，-30）（0，0，0）45

M3250（0，0，-70）（0，0，0）55

M4250（0，0，-90）（0，0，0）60

M5250（0，34.9，-43.3）（0，9.895，0）50

M6250（0，45.24，0）（0，9.895，0）50

M7250（0，53.2，-25）（0，9.895，0）50

M8250（5.3，0，-50）（5.3，0，0）50

M9250（6.625，0，-50）（6.625，0，0）50

M10250（10.6，0，-50）（10.6，0，0）50

M11250（13.25，0，-50）（13.25，0，0）50

M12250（21.2，0，-50）（21.2，0，0）50

M13250（28.8，0，-50）（28.8，0，0）50

M14175（0，0，-50）（0，0，0）50

M15200（0，0，-50）（0，0，0）