从爆炸力学讲起

erha

曾经学过内弹道学的飘过。爆炸力学是我大学系里一些老师的专业。

赫然

机器猫 发表于 2012-2-29 15:24
9 g+ V/ m) m) ~不爱原来是研究这个的。那怎么自己还不买枪啊？

+ D  R' T8 m6 c0 U主要是看不上。

6 f6 e2 f; h9 \7 F; m; A3 p8 I不爱搞的比枪厉害太多了。

不爱吱声

erha 发表于 2012-2-29 16:59
& W9 c* O# ?1 \( k' A# k( o曾经学过内弹道学的飘过。爆炸力学是我大学系里一些老师的专业。

我主要研究的是高能炸药,超高速爆炸冲击波为主,对火药,弹道学这些了解得不够深入,正好你可以写个帖子科普火药及弹道学.
0 O5 f: E3 j- s
: c! T% B# }7 i% V: E你是北理的么?

一无所之

不爱吱声 发表于 2012-3-1 03:20
/ P) b( z1 p, g你的方向对了，解决方案正是三明治结构, sandwich structure

这是甲板么？三明治结构让我想起坦克的复合装甲了～～

不爱吱声

一无所之 发表于 2012-2-29 18:47
, b! V/ x/ K0 y这是甲板么？三明治结构让我想起坦克的复合装甲了～～

不是甲板,是船体面板.
4 j- |' ~) a$ c, N# z
! \9 \& C" m' \- b* M! p# v设计思想大相径庭,虽然都是复合结构.
4 c' d8 h# b; ?* f; ~
舰体面板设计(非水面结构)与坦克装甲设计在两个关键目标有明显区别.
2 Y. Z0 B4 R! W; \
1,舰体面板设计必须要轻质,就是质量尽可能小,因为船是浮在水面上的,重量非常关键,同时船身制造需大量金属板,增加重量一味增加成本,因此轻质很关键.
坦克是在陆地上冲锋陷阵的,而且体积小,所以如果为了加强其装甲的防护功能,在设计上并不会专门对起重量有特殊要求.
8 U1 B4 b% M6 k9 `
8 p! ^3 {- }5 ?3 ?! w# i6 h4 A2.舰体面板主要任务防水下爆炸冲击波.舰船水下部分受到攻击大部分情况时水下的爆炸冲击波,而且舰体本身尺度非常大,相对来说弹体穿透对其构成的威胁弱得多,基本不会影响军舰的正常运行.
但是坦克是要防空气中爆炸冲击波与弹体穿透的复合效应.与军舰很大不同,坦克内部空间狭小,任何弹体穿透装甲进入内部都会给操作人员带来毁灭性威胁,使坦克丧失功能.

因此,舰体在优化设计上基本是利用现有材料,玩复合结构多一些.而坦克装甲可用花样就比较多了,比如说坦克装甲普遍通过加陶瓷片来防弹体穿透,舰体则不考虑.

蕾蕾硕果

路过，顺便科普一下自己！

erha

不爱吱声 发表于 2012-2-29 18:08
- S$ I, Z  s2 y6 k我主要研究的是高能炸药,超高速爆炸冲击波为主,对火药,弹道学这些了解得不够深入,正好你可以写个帖子科普 ...

: a: F& w  ?5 P3 f- f/ `我上的那个系，对外的名称是弹道研究所。不过当年中国政府穷的叮当响（80后90后可能觉得有点难以理解），军工行业不景气，等我去的时候专业已经转为民用了。内弹道学只是门选修课。因为工作也用不到，早已荒废了。就记得有内弹道，中间弹道，外弹道，以及终点弹道。老师上课还拿了一堆各种火药在教室里点着玩儿。当年中国的两台半弹道雷达车，有一台就停在我们系门口。差点保送读内弹道研究生，由于种种原因没去。有个同班同学留校，现在已经是正教授了，真正的弹道专家。我就是个在公司混日子的。

赫然

不爱吱声 发表于 2012-2-29 14:20
你的方向对了，解决方案正是三明治结构, sandwich structure

刚才又看了看，发现这个是干的，有没有人搞液体填充的？液体的压力传递要好很多而且均匀很多。

不爱吱声

赫然 发表于 2012-3-1 11:02
/ ]% A" U" F) b; D+ T7 g$ f- M& X刚才又看了看，发现这个是干的，有没有人搞液体填充的？液体的压力传递要好很多而且均匀很多。 ...

) b! j  v7 u) K, J  L不可以填充液体，填充液体后质量增加太多，液体的单位质量能量吸收率比＂空心结构＂体小太多，这个跟军舰的设计要求有关，设计关键在于最大限度提高材料的单位质量能量吸收率,见我上面25楼的解释

赫然

不爱吱声 发表于 2012-3-1 12:43
" f- h* M9 o8 d不可以填充液体，填充液体后质量增加太多，液体的单位质量能量吸收率比＂空心结构＂体小太多，这个跟军舰 ...

我指的是油料。就像飞机机翼里的油箱一样。这样不占多余重量。当然，这会遇到，维修损管等等问题（这方面的问题可能极大）。
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至于能量吸收率，单位体积下的情况如何呢？

不爱吱声

赫然 发表于 2012-3-1 11:57
我指的是油料。就像飞机机翼里的油箱一样。这样不占多余重量。当然，这会遇到，维修损管等等问题（这方面 ...

  Q, A7 I  J& \# G4 p. p( k
没明白，这是军舰整体面板设计，油料都是在船内部被保护起来的，你是说把油充满军舰全部面板缝隙？那怎么能不占多余重量呢？而且把油冲满船体，那怕受到爆炸轻微的袭击后，这后果。。。想都不敢想。这简直是自杀式设计方案。
2 u0 ^8 c8 n5 c1 j9 D# {8 p  f! O
飞机完全不同啊，飞机多小啊，而且飞机一旦机翼被击中，不管里面有没有油，飞机都毁了，军舰被击中一下，基本跟被蚊子叮一下差不多。因此设计理念是完全不同的，可不能随便套。
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同样,考虑单位体积的能量吸收效率对大型军舰来说设计没意义啊，因为相同重量下，船体积大点没关系。

赫然

8 T' S! ~% F: x' A

不爱吱声 发表于 2012-3-1 13:04
没明白，这是军舰整体面板设计，油料都是在船内部被保护起来的，你是说把油充满军舰全部面板缝隙？那怎么 ...

& N( v9 b: O8 \$ T这个设想是这样的。
2 o* n+ [" \3 f$ q6 ~: P; l
从抗压的角度而言。如果三明治内填充的是空气的话，因为空气的可压缩比很高，在局部高压下，三明治内部的压力上升不会太大。由于内外压差大，材料很快屈服了。我的疑问是，从理论上而言，如果填充的是液体，内外压差就会不会小一点，从而可以抗住高一点的压力？
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如果液体填充可以增加抗压能力的话，下面就要关心重量问题了。总不能因为填充液体表现好另外加液体吧。这个太浪费重量了。最好是利用船上自带的液体。所以，我想到了油料。船只要携带大量的油料，尤其是燃油。这些油料一般是在油箱里的。假设，携带的油料总量不变，如果利用了三明治中间的空间的话，油箱就可以减少了。船内可利用空间可以扩大了。这是从空间利用的角度。这就是所谓不增加重量。当然，这里结构重量是增加了，但是船只的总体重量不增加。至于维护损管，那肯定是变得更复杂了。
% p4 h+ o: X5 L1 A# e& H

不爱吱声

赫然 发表于 2012-3-1 12:31
这个设想是这样的。

从抗压的角度而言。如果三明治内填充的是空气的话，因为空气的可压缩比很高，在局部 ...

我们就是要利用材料塑性变形吸收能量的，另外主要关心的是内层面板变形相对小，船整体框架受力小，如果添充液体会因为液体的不可压性，会导致变形从局部变形变成整体变形，这是最要不得的。军舰不怕局部损坏，你看例子中的军舰那么大一个破坏区，有两米宽，但是军舰仍然可以顺利驶回港口进行修理，但是整体破块就比较致命了。你的液体填充方案在设计方向上就错了。

其实金属泡沫填充是被考虑的，但那关键也是因为金属泡沫的大空隙特性，但金属泡沫的单位质量能量率不如规则构型的金属框架结构。

油料填充是绝对想都不能想的，因为如果有油料的话，那么任何局部炸弹攻击都可会导致整体功能失效，因为油料会燃烧甚至二次爆炸，那可是致命的。

赫然

不爱吱声 发表于 2012-3-1 13:44
0 w+ B+ R% H0 Q0 @我们就是要利用材料塑性变形吸收能量的，另外主要关心的是内层面板变形相对小，船整体框架受力小，如果添 ...

下午用solidwork 分析了一下受力。填充液体前后的受力形式完全不同。干式的基本是坍缩吸能，湿式的主要是变形。粗粗看了一下，受力提高有限，十个百分点左右。时间无法估算。

. `/ e: \+ Y% w4 ]但是问题是，湿式的结构破坏是会从内侧开始，液体密度越高内侧应力越大。而且估计破坏会是贯通的。从现在粗浅的分析来看，结果对湿式并不是有好。

不爱吱声

赫然 发表于 2012-3-1 19:33
下午用solidwork 分析了一下受力。填充液体前后的受力形式完全不同。干式的基本是坍缩吸能，湿式的主要是 ...

3 I! W' [! k3 m% j! Z5 USolidwork只能算小变形，非常粗糙，结果不可信。但是你的分析方法没问题

赫然

不爱吱声 发表于 2012-3-1 21:57
% u- i) g' v! ]4 k5 t& W. }' A( i- bSolidwork只能算小变形，非常粗糙，结果不可信。但是你的分析方法没问题

只是看了看应力。

! W1 f4 U: t5 e. D* ?$ |上班时间不务正业么，要低调！

MacArthur

赫然 发表于 2012-3-1 13:31
. g8 y' r9 U  Z: ?4 g+ p4 b这个设想是这样的。
) z+ G3 D. a# Z7 a$ F
从抗压的角度而言。如果三明治内填充的是空气的话，因为空气的可压缩比很高，在局部 ...

合着你这个“Genius”居然没有想明白啊。。。
6 A" L5 m! z0 R
% i6 d- }! r4 [! _- k/ f! ?' J7 \因为液体的不可压缩性，你这个液态填充夹层使内外两层压差基本一致 -- 这就跟厚厚的一张大板子没啥区别了嘛。。。 除非你这个“液态填充夹层”带流动性、两头开口的，否则没有意义呵。。。 就像兜里揣了包塑料软包装的饮料，被人打了一拳 -- 如果饮料盖子拧开的话，一拳下来，液体喷出，有效减轻了冲击；否则你还是结结实实地挨了那一拳。。。

不爱给的那个三明治结构 -- 直观理解就是在衣服里头衬了好几层纸板，一拳下去坍塌好几层，当然减轻好多。。。

# |  K3 ^+ c; \更何况水下爆炸的情况又较空气中爆炸复杂了很多，水在爆炸冲击下产生脉动高频震荡，舰艇水线以下部分装甲承受的不是简单的冲击力，而是类似一种反复“压缩-拉伸-压缩”，对于结构强度极具挑战。。。

不爱吱声

更何况水下爆炸的情况又较空气中爆炸复杂了很多，水在爆炸冲击下产生脉动高频震荡，舰艇水线以下部分装甲承受的不是简单的冲击力，而是类似一种反复“压缩-拉伸-压缩”，对于结构强度极具挑战。。

: }9 n: |, L' E. H( `+ P4 P麦克牛,一语道破了流固耦合的重要性
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- w4 Y! W8 o! @; x( ]轻质设计+结构件塑性失稳+流固耦合基本就解决了90%以上的问题.
/ g" }: N$ b- R) }
而且麦克说的“压缩-拉伸-压缩”,也很有洞察力,这就是水的cavitation...
: l6 ^! a" e; {+ _
: }5 \3 O, o* l! ]只是"脉动高频震荡"的说法不妥当,因为是爆炸波,一去一回就完成了,没有震荡,不像海浪...

, g7 c2 q3 J( A6 `0 o$ ?

因为液体的不可压缩性，你这个液态填充夹层使内外两层压差基本一致 -- 这就跟厚厚的一张大板子没啥区别了嘛。。。 除非你这个“液态填充夹层”带流动性、两头开口的，否则没有意义呵。。。 就像兜里揣了包塑料软包装的饮料，被人打了一拳 -- 如果饮料盖子拧开的话，一拳下来，液体喷出，有效减轻了冲击；否则你还是结结实实地挨了那一拳。。。

7 Z2 o6 I1 {2 |  c3 b5 v这段说的正是优化设计飞机油箱防冲击所考虑的主要原理.

MacArthur

不爱吱声 发表于 2012-3-2 00:03
% E# O9 e, O3 y3 `6 D7 i4 J4 z& _麦克牛,一语道破了流固耦合的重要性
8 [% j& j% q7 j9 P- v
( ~) R$ g% |) J) _; j轻质设计+结构件塑性失稳+流固耦合基本就解决了90%以上的问 ...

当年我们一实验室的老博后，后来去了阿伯丁，专门琢磨鱼水雷水中爆炸问题。。。

赫然

MacArthur 发表于 2012-3-1 23:51
合着你这个“Genius”居然没有想明白啊。。。

因为液体的不可压缩性，你这个液态填充夹层使内外 ...

居然讽刺俺！！！
( f2 L$ E" Q' L& t. U( `* ?. S) C
你的考虑是对的。但同时也是不全面滴 （好官话呀）。

液体压缩性不好，不过流动性好，压力的传导性好。这样可以把冲击力传达到相当大一个区域中。从而改善内层结构的受力。这个有研究的空间。好处有没有，有多少，需要很多工作。
) N- Y, U' G' J+ `8 C1 ^
内部注液一个很大的问题是破坏的模式不好。要么不破，破的话，面积大，变形大。这会给维修和损管造成困难。