船舶进气装置冲击波数值模拟.pdf

《船舶进气装置冲击波数值模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第44卷第3期船海工程Vo1．44No．32015年6月SHIP&0CEANENGINEERINGJun．2015DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2015．03．041船舶进气装置冲击波数值模拟敖庆章，刘建军(1．海军驻701所军事代表室，武汉430064；2．中国舰船研究设计中心，武汉430064)摘要：为确定船舶进气装置承受冲击波的能力，建立二维有限元模型。通过采用AUTODYN程序对进气装置在冲击波载荷作用下的受力情况进行理论分析，得到爆炸冲击波对进气装置的冲击作用力，表明船舷侧的百叶窗式格栅

2、对冲击波有明显的衰减作用。关键词：冲击波；差压峰值；进气装置；数值模拟中图分类号：U661．4文献标志码：A文章编号：1671-7953(2015)03-0172-04冲击波伤害是爆炸伤害之一，近几年，船舶领程两类。在离散的数值仿真计算中，守恒型方程域也越来越重视船舶在抵抗冲击波方面的研与非守恒型方程的计算结果可能有很大的差别，究¨，但是对船舶半暴露设备抗冲击波方面的仿尤其是在数值求解含激波等弱解方面的工程问题真研究还少有相关报道。通过数值模拟方法对进中。所以在数值计算爆炸力学中一般都采用守恒气装置的受力情况进行理论分析，得

3、到爆炸冲击型数学控制方程。在笛卡尔直角坐标系中，忽略波对进气装置的冲击作用力，对进气装置的结构粘性的情况下可得到如下p方程J。设计和防护设计具有重要意义。文中对实船进风O一U+++：0(1)aadya围井结构及进气装置进行冲击波数值模拟计算，式中：得出冲击波进入通风围井后的衰减规律和实船进气装置实际所承受的冲击波载荷。P“pu。4-P1理论及方法U=F=，pp¨为了确定船舷百叶窗式格栅对来袭冲击波的消减作用，采用AUTODYN数值仿真程序来进行数(E-4-P)Ⅱ(2)值计算。AUTODYN数值仿真程序是一个显式的P差分有限元

4、数值分析程序，是数值模拟气体、液体pE=．G=等流体及固体在冲击或极限载荷作用下的响应及+ppVW耦合数值分析的专用商业软件，其广泛应用于爆pvwpw4-P轰、爆炸、穿甲、冲击等问题的数值分析研究J。(E4-P)(E+P)碰撞、爆炸或冲击加载条件下控制受力物体式中：——时间坐标；受力情况的基本数学方程可分为两种类型：守恒，y，z——空间坐标；方程和材料本构关系，亦称状态方程j。p——密度；1．1守恒方程p——压力；控制方程可划分为守恒型方程和非守恒型方，，——径向、y、z方向的速度；E．——单位体积总能量。在计算过程中，为避

5、免各物理量的量纲不一收稿日期：2015—01一l7致所带来的不便，需对数学控制方程进行量纲一修回日期：2015—03—13基金项目：国家部委基金资助项目的量化处理。第一作者简介：敖庆章(1978一)，男，学士，工程师取如下独立变量研究方向：舰船动力系统t=t／to，=x／x0，E-mail：liujianjun@163．comY=y／y0，z=z／z0(3)1722第0135期年敖庆章，等：船舶进气装置冲击波数值模拟船海工程第44卷式中：C，C。——一次项系数和二次项系数，默认值分别为0．2和1；M—=二二，—二=二，p、p

6、、p、p4、p——密度；一WP一：Pc——材料声速；=——===二=P一：=一。，，d——单元特征长度；由于目前数值计算还不能反映冲击的波强间单元体积，是V／V体积的变化率。断。因此，数值计算程序都采用人工粘性的方法C和c。的值决定了计算过程中强间断需要在几个计算网格内进行光滑强间断，使得解随几跨过的计算单元数。何空间的变化而缓慢变化。强冲击波能形成密1．2状态方程度、压力、能量和质点加速度的阶跃。这种强间断计算过程中高能炸药使用TNT，炸药爆炸后造成了动力学微分方程组在求解过程中难以收产物的数学方程采用经典的JwL(Jon

7、es．Wilkins．敛。有学者1950年提出，在压力项中加入一个人Lee)状态方程_8]，其一般形式如下。工的体积粘性，使爆炸冲击波的强间断近似成在非常狭窄区域内剧烈而连续的变化。该方法p(1一)e+后来几乎被所有数值求解波传播的有限差分计算程序和有限元计算程序所采用，只是在具体算法B(1一)e+(6)实现中各有改进。AUTODYN数值仿真程序也使式中：p——爆炸产物的压力；用了该种人工粘性方法，在几个计算网格内进行。——爆炸产物的比内能；光滑强间断，使解随空间过渡平滑。人工粘性方爆炸产物比容；法抹平了强间断，这就会使得仿

8、真计算出的冲击A，B，R。，R2，OJ——描述JWL方程的独立物波超压峰值比实际值稍小一些。另外，人工粘性理常量。方法在几个计算网格内抹平了强间断，因此计算数学方程右端第一项是在高压段起主导作网格密度的影响是与人工粘性方法有着紧密的联用，第二项是在中压段起主导作用，第三项是在低系，数值计算