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
不爱原来是研究这个的。那怎么自己还不买枪啊？

主要是看不上。
% I( O4 n6 W" I, H
' R2 O- j1 c9 J( k' t不爱搞的比枪厉害太多了。

不爱吱声

erha 发表于 2012-2-29 16:59
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.
) L; i. t, U$ [# g' G
你是北理的么?

一无所之

不爱吱声 发表于 2012-3-1 03:20
$ t8 Q5 m: j1 W8 W* d3 @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( A, C6 r; H/ }7 j3 e这是甲板么？三明治结构让我想起坦克的复合装甲了～～

5 ]; H; @3 r  o0 k0 p/ u0 x) Z- h不是甲板,是船体面板.
  f9 i- h1 j9 R+ _
/ T1 V' B  X: S8 ~* u设计思想大相径庭,虽然都是复合结构.

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.

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.

2.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
/ H% Z7 d: X& }- u+ F7 B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 ...

  S" w! R  a& q# Z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

+ E  H% u3 c! J) i

赫然 发表于 2012-3-1 11:02
( J; P+ A; c; q0 k( H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
# F0 C; H1 g, m. d9 T! r1 A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 ...

; `5 t, o( s2 j# B7 q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）。
* f6 J# [2 T+ ]; e# |
9 k* M2 P. V! F5 m" N4 V* ~% ]' @/ ~至于能量吸收率，单位体积下的情况如何呢？

不爱吱声

1 x8 `  q/ s' x# o

赫然 发表于 2012-3-1 11:57
# u/ r* O. P- [, T0 z/ }& L0 I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 ...

0 k7 l8 I; d; f1 V+ R7 L
- U8 G1 y6 ^( l7 w% Z/ s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。

) p! D1 ]/ K2 E; B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。
9 A  Y& O, L) w+ m/ h
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

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不爱吱声 发表于 2012-3-1 13:04
# P0 Y- ~. M. S4 N. l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 ...

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？

0 Y# }: X. |( f/ B* g2 ^3 O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。
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不爱吱声

赫然 发表于 2012-3-1 12:31
& P8 \$ X( }9 M, [0 p) o这个设想是这样的。
4 w0 K& o3 D/ U& l5 Q- C# o$ C
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 ...

+ c' Y- r$ G" U! d* ~$ H# j5 W
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。

9 l6 R1 t7 K( p0 L# f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。
1 C" F0 e8 n  l% b
( X+ v9 ]" o( [0 }7 x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
* y; C! d4 ?2 @: @9 I' j8 c% ^& p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。
( w% ^: K* a; R5 q  a& Z: s0 {) W
- b4 ]5 M8 d. x1 i) I3 \  r) w; j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
8 G1 b1 E3 D  L# M0 r, ~2 p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 ...

7 R8 b* {% C' N, }* M3 VSolidwork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
Solidwork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

( x. p0 w/ o% O- z# n3 v只是看了看应力。

上班时间不务正业么，要低调！

MacArthur

赫然 发表于 2012-3-1 13:31
/ G$ I9 X0 `; U' C( `! {) ^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 ...

& c7 D8 o$ {& h7 C合着你这个“Genius”居然没有想明白啊。。。

: e2 I7 ], W: s  I0 S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。。。

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。。。
2 O& c# n4 _; c" P3 e

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。。

5 ~; H2 A3 U. E. X" j0 j麦克牛,一语道破了流固耦合的重要性
# g. K" A; W% d/ }2 m
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.

而且麦克说的“压缩-拉伸-压缩”,也很有洞察力,这就是水的cavitation...

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...
* v$ X1 L$ j0 Q' G. D

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。。。

  _, s! u( w2 r; ~, {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
麦克牛,一语道破了流固耦合的重要性

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
1 e: y% w0 j3 |( t/ Q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！！！
. h% h  L& L% l+ `9 [
你的考虑是对的。但同时也是不全面滴 （好官话呀）。
5 Y) u( I( B& f/ c  P$ J
" ]* P  i2 h. C5 B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。

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。