舰船防护结构抗近爆毁伤作用数值模拟

吴华鑫，丁剑锋，程瑞琪，方 俊，郑亚雄

(武汉第二船舶设计研究所， 武汉 430064)

大型水面舰艇一般采用多层防护结构，用于降低近距离爆炸对舰船内部结构和设备造成的毁伤。多层防护结构一般由A膨胀空舱、B防护液舱和C过滤空舱组成，如图1所示。其中膨胀空舱主要用于膨胀近距离爆炸产生的气体，减缓防护液舱前板受到的冲击载荷；防护液舱主要用于吸收近距离爆炸产生的破片和二次破片[1]；过滤空舱主要用于保护内部结构和设备；其中吸收爆炸能量最多的是防护液舱。

图1 水面舰艇舷侧防护结构示意图

针对近距离爆炸对防护结构或防护液舱的毁伤作用，大多采用数值模拟方法将其解耦成冲击波和高速破片两类问题分别考虑，包括高速破片对防护液舱的穿透机理[2-3]和剩余特性研究[4-5]、隔层设置[6]或夹芯强度[7]对防护液舱防护能力的影响、防护液舱对爆炸载荷的吸能研究[8]、冲击波在多层防护结构中的传播[9]等。但深入研究发现，冲击波和高速破片对多层结构的耦合毁伤作用比冲击波或高速破片的单一作用更加严重[10]，破坏机理和参数影响规律也更加复杂。此外对于近距离爆炸问题，冲击波和高速破片的载荷强度和作用时间差都处在耦合作用判据[11-12]内，因此必须考虑二者的耦合作用。同时必须构建防护结构的整体模型，因为各舱室和隔板的防护能力作用不同，不能单独考虑。

采用流固耦合算法，构建近爆冲击波和高速破片对防护结构整体模型的耦合毁伤数值模拟过程。……