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舱室内爆作用下单管结构的动态响应研究

摘要

面对日益复杂的海上威胁，如航空母舰、驱逐舰和护卫舰等大型舰艇在执行任务时，

不得不应对越来越先进的反舰武器挑战。为了减少战斗部引发的广泛内部破坏，并保持

舰船的生命力与战斗能力，必须对内爆载荷作用下舰舱内部设施的响应进行深入研究，

明确关键因素。因此，本文基于显式动力学对舱室内爆作用下单管结构的挠度变化及抗

爆设计进行了研究，分析了内爆及泄爆过程中的冲击波超压载荷和管路结构的动态响应。

首先，提出并验证了考虑后燃烧效应的数值计算方法合理性，基于此，对封闭空间

内角隅处压力汇聚现象进行了研究，总结了封闭舱室内爆炸角隅冲击波特性，通过改变

封闭舱室的尺寸比，分析了角隅处冲击波汇聚现象的原因。

其次，建立了内爆载荷下管路结构的数值仿真模型，对舱室内爆作用下炸药当量、

舱室尺寸比、管路的安装位置对管路结构动态响应的影响进行了研究，发现管路结构在

封闭空间内爆超压载荷作用下出现“饱和冲量”现象，整个过程中，管路结构挠度与超

压载荷的时程变化趋势一致；封闭空间内爆加载下，管路挠度峰值和内爆超压峰值与炸

药当量之间的变化趋势符合指数分布；管路挠度峰值和内爆超压峰值与舱室尺寸比之间

符合高斯分布，舱室尺寸比为2.75时，管路结构挠度峰值达到最大；管路结构安装在舱

室中面上时挠度峰值最大，安装在角隅处次之，安装在距中面四分之一舱室宽度处挠度

最小。另外，管路结构在舱室内爆载荷作用下的破坏表现为局部凹陷和整体变形共同作

用，最终导致结构约束端断裂破坏。

最后，基于上述结论，在舱室壁面开设方形泄爆口，探究泄爆载荷作用下管路结构

的动态响应。结果表明，泄爆舱室内，超压载荷呈指数型衰减，对比于相同工况下封闭

舱室，泄爆口最多可以使管路结构挠度峰值降低26.52%；同时炸药当量的增加会增强泄

压口的泄压效率，但泄压口会导致开设位置处冲击波的能量密度增加，将泄压口设置在

管路结构对侧，更利于管路结构的防护。

关键词：舱内爆炸；管路结构；动态响应；数值仿真

舱室内爆作用下单管结构的动态响应研究

ABSTRACT

Inthefaceofincreasinglycomplexmaritimethreats,largevesselssuchasaircraftcarriers,

destroyers,andfrigatesarecompelledtoconfrontthechallengesposedbymoresophisticated

anti-shipweaponsduringmissionexecution.Tomitigatetheextensiveinternaldamagecaused

bywarheadsandtomaintainthevesselsvitalityandcombatcapability,anin-depthstudyof

theresponseofinternalfacilitiestointernalblastloadsisessentialtoidentifykeyfactors.

Therefore,thispaperconductsastudyonthedeflectionchangesandblast-resistantdesignof

pipingsystemsunderinternalblastloadsincompartments,basedonexplicitdynamics.It

analyzesthedynamicresponseofthepipingstructuretoshockwaveoverpressureloadsduring

theinternalblastandventingprocesses.

Thepapercommencesbyaffirmingthesoundnessofanumericalcalculationapproach

thatin