爆炸載荷作用下艦船板架的變形與斷裂研究綜述

姚熊亮 楊樹濤 張阿漫

哈爾濱工程大學船舶工程學院，黑龍江哈爾濱150001

爆炸載荷作用下艦船板架的變形與斷裂研究綜述

姚熊亮 楊樹濤 張阿漫

哈爾濱工程大學船舶工程學院，黑龍江哈爾濱150001

爆炸載荷作用下艦船板架結構的變形與斷裂研究受到工程界的廣泛關注，近年來國內外在這方面取得大量的研究成果。從理論研究、實驗研究和數值仿真三個方面對爆炸載荷作用下結構的變形與斷裂所取得的研究成果進行綜述，并指出目前研究的熱點和未來的發展趨勢。

板架結構；斷裂；船體變形；爆炸；綜述

1 引言

一直以來，艦船板架結構在爆炸沖擊載荷作用下的變形與斷裂問題得到了廣泛的研究，國內外學者在這方面做了大量的工作。爆炸是物質非常迅速的化學或物理變化過程，在變化過程里迅速地釋放出巨大的熱量并生成大量的氣體，此時的氣體由于瞬間尚存在于有限的空間內，故有極大的壓強，對爆炸點周圍的物體產生了強烈的壓力，當高壓氣體迅速膨脹時形成爆炸。對于艦船本身而言，其在執行任務的過程中主要面臨水中爆炸和空中爆炸的威脅。兩者相比，由于海水的密度約為空氣密度的835倍，壓縮性通常只有空氣的（1／30 000～1／20 000），因此，炸藥在水中爆炸所產生的破壞作用要比在空氣中爆炸強烈得多［1］。從破壞作用的機理上分析，水中爆炸對目標破壞作用主要是由水中沖擊波、爆炸產物形成的氣泡和氣泡脈動形成的壓力波以及其他力量作用的結果，而空氣中爆炸則主要包括空中沖擊波及彈片等的破壞作用。

艦船板架結構承受的爆炸載荷，是在很短時間內，在巨大沖擊載荷作用下的一種復雜的非線性動態響應過程，屬大變形、強非線性（包括材料非線性、幾何非線性、運動非線性）問題，按其作用形式主要分為接觸爆炸和非接觸爆炸兩種。通常接觸爆炸主要造成艦船板架結構的局部損傷，而非接觸爆炸的破壞作用則是全船性的。另外，一般艦船板架結構是由加筋板焊接而成的，板的破裂和焊縫失效在結構失效中也起著重要作用，它們直接關系到結構的失效機理和能量吸收。爆炸的破壞作用還包含很多不確定因素，如爆炸的炸藥類型、藥量大小、炸藥到結構的距離、周圍環境、自身結構的特點等。一般而言，武器的裝藥量越大，對艦船的破壞程度就越大，但是由于現代武器彈藥要具備遠程運送和精確打擊的作戰能力，一般都會對彈藥的裝藥量提出限制。研究新型高能炸藥、定向爆破和先進戰斗部技術就成為提高現代武器毀傷能力的途徑。與此同時，為了提高現代艦船抵抗水下、空中武器攻擊的能力，許多新型復合材料［2－4］和抗爆防護結構［5－8］的研究及設計成為研究的熱點和趨勢。這些措施都使艦船的生命力得到了很大的提高，同時也為如何高效摧毀艦船結構提出了新的挑戰。

2 研究現狀

2.1 實驗研究

由于爆炸載荷作用下結構響應問題研究的復雜性，對其進行詳細的理論研究，并企圖通過建立一個精確的數學模型而使爆炸作用下結構的動響應得到完全解析，是十分困難的。因此，早期的研究多限于實驗研究工作，以期望能從爆炸的現象和測得的數據中，分析總結出一些經驗和規律，用于指導工程實踐。

2.1.1 板殼結構變形預測

國外實驗研究起步較早，但是由于受當時實驗設備、技術和方法的限制，早期的實驗研究工作也僅限于板、梁這些簡單的基本構件。首先，Kennard A.H.［9］對固支光板在爆炸載荷作用下的變形進行了實驗觀察，發現在沖擊波從球面波到平面波的變化過程中，板結構的塑性變形也相應地從錐形變化為球形。對于固支圓板在爆炸載荷作用下的變形與能量的關系，Gleyzal［10］做出了理論推導和實驗驗證，最終發現圓板在沖擊動響應過程中所吸收的能量與板變形的平方近似成正比。為了進一步研究板變形與吸收能量的關系，Fye P.M.，Eldridge F.E.［11］等做了一系列的實驗，通過在板上分布應變片測得應變數據計算板吸收的能量。給出的結論是：在板格中心變形相等的條件下，板的變形為拋物線型時所吸收的能量與球型變形幾乎相同，圓錐型變形與雙曲型變形為球型變形所吸收能量的1／2。為了對板殼在爆炸沖擊載荷作用下的塑性變形進行定量預測，基于Jones［12］的理論研究，Nurick［13］和Rajendran［14］與他們各自的研究小組，分別做了系列的實驗研究，通過實驗數據的分析，得到了變形預測的經驗公式。通過對比發現：由于沒有考慮應變率效應，Jones的理論預測比實驗結果偏高，在考慮了應變率效應之后，結果與實驗吻合較好；Nurick等通過引入了一個計及板形狀、尺寸、材料和載荷的無量綱損傷因子，得到了無量綱變形厚度比與損傷因子的擬合曲線。然而，由于沒有考慮水下爆炸載荷的二次加載現象，所得結果比實驗值偏低；Rajendran等很好地考慮了這些因素，所得的經驗公式與實驗結果吻合較好。此外，Houlston R［15］等對不同厚度的方形薄板進行了水下爆炸研究，獲得了相應的位移分布值。隨后，Rajendran R［16］等對300 m m×250 mm×4 mm的矩形板以及250 mm直徑的圓柱殼（長1 m）做了系列水下爆炸作用下的響應實驗，也得到了不同爆炸距離下靶板的變形情況。

2.1.2 板架失效模式及變形研究

以梁結構為研究對象，Menkes S.B.［17］等通過對固支鋁質金屬梁的實驗研究，首次提出了爆炸載荷下梁的失效模式，指出隨著載荷強度的增加，梁有3種失效模式：塑性大變形（模式Ⅰ）、在固支端的拉伸失效（模式Ⅱ）以及固支端的剪切失效（模式Ⅲ）。隨后，人們在爆炸沖擊載荷作用下圓板［18］和方板［19］的失效研究中也觀察到了類似的失效模式，其中方板的拉伸失效往往從邊界的中點開始撕裂并沿邊界向兩邊擴展，同時進一步把失效模式Ⅱ細分為部分斷裂失效（模式Ⅱ*）、伴隨中心變形增大趨勢的完全斷裂失效（模式Ⅱa）及伴隨中心變形減小趨勢的完全斷裂失效（模式Ⅱb）。通過大量的系列實驗，Nurick［20］等又把不同邊界條件下方板的失效模式Ⅰ進一步分為無明顯頸縮的塑性大變形失效、部分邊界出現頸縮的塑性大變形失效、完全邊界頸縮的塑性變形失效三種形式。隨著實驗研究的進一步開展，Houlston R.［21－22］等對船用加筋板架在空中爆炸載荷作用下的動響應和永久變形進行了研究。既采用ADINA結構非線性計算程序進行數值計算，又進行了板和板架的系列空爆實驗。結果表明，邊界條件、沖擊波的反射效應等因素對板架結構動響應有很大的影響，并基于塑性動力學原理，得出了板架在爆炸作用下的變形預報公式。Nurick G.N.［23］等對爆炸載荷作用下具有1根加筋的固支方板的破壞模式進行了實驗研究，結果表明當加強筋較弱時，板的撕裂發生在固支邊界，而加強筋較強時，板將沿加強筋發生撕裂。關于雙向加筋板的大撓度塑性動力響應，Schubak［24］等采用板架模型做了較為系統的理論和實驗研究。最近，Chung Kim Yuen S.［25］和Langdon G.S.［26］進行了不同形式（包括光板、單筋、雙筋、十字加筋、雙十字加筋）的固支加筋方板分別在均布和局部爆炸載荷作用下的系列實驗研究和數值模擬，觀察到了加筋板各種形式下的失效模式。同時考慮了不同加筋形式、加筋尺寸對板架結構變形的影響，給出了一些規律性的曲線。Ramajeyathilagama K.［27］等對氣背固支方板做了系列實驗，著重討論了失效模式Ⅱ和失效模式Ⅲ及兩種失效模式耦合的失效判據，并對Jones和Nurick G.N.提出的變形預測與實驗結果進行了驗證，得到了令人滿意的結果。

2.1.3 國內實驗研究進展

國內實驗研究起步相對較晚，而且過于分散。直至20世紀80年代，中國船舶科學研究中心等單位開展了水下爆炸的實驗研究工作，對矩形加筋板、鋼質圓柱殼等結構，在水下爆炸的動態響應進行了大量的測試工作。朱錫、朱凌［28］等利用光測法對爆炸載荷下固支方板塑性變形過程進行了實驗研究。對鋼、鋁等材料的試板給出了塑性變形過程的真實位移場和速度場。實驗結果從機理上提供探討此類問題分析方法的一些途徑，并對進一步開展艦艇抗爆問題的工程計算方法研究具有重要的指導意義。為了對固支加筋方板在爆炸載荷作用下的塑性動力響應進行系統研究，劉土光［29］等對十字加筋方板進行了空爆實驗，驗證了其理論分析的正確性。張效慈［30］等對鋼質圓柱殼（直徑0.5 m，長1 m，壁厚5 mm）進行了1 kg TNT在不同作用距離下，水下爆炸動態響應實驗研究，獲得了不同部位的應變分布值。張綺蓉［31］等對某艦船進行了水下非接觸爆炸實驗，獲得水下爆炸對艦船總縱強度與局部強度的影響情況。進入21世紀，相關方面的實驗研究得到了廣泛的開展。朱錫，白雪飛［32］等針對船體中常見的加筋板結構，設計了4個板架模型，將模型四邊剛性固定，在板中央放置炸藥，分別對其進行了水下接觸爆炸實驗。結果發現爆炸作用下板架模型均以花瓣形破裂，產生大面積的破口，不同形式和尺寸的加強筋對板架的破壞程度具有不同的影響。通過對破口尺寸和形狀的觀測，分析了加強筋對破口長度的影響，提出了板架結構加強筋相對剛度的概念，描繪了不同尺寸加強筋在不同炸藥量下對板架結構破口范圍的影響。同時，對現有的水下接觸爆炸作用下的破口長度估算公式進行了修正，給出了考慮加強筋影響的破口計算公式。經過比較，該公式比現有的破口估算公式與實驗結果更加吻合。吳成，金儼，李華新［33］等在對固支方板爆炸沖擊作用下變形撓度進行理論推導的同時，也進行了相關的實驗研究，水下爆炸實驗在自制的水箱中進行。通過與理論計算結果的對比，發現邊界的約束條件對靶板的變形有很大的影響。這對以后的實驗研究工作的開展具有很大的指導意義。朱錫、馮剛、張振華［34］等對相對板厚H／L為0.02～0.09的鋼、鋁薄板進行了爆炸實驗研究，測量了固支方板厚度的變化規律，從而提出了相應的假設，導出了固支方板在爆炸脈沖作用下的應變場，找出了固支方板在爆炸脈沖作用下破裂的最危險部位。通過實驗可以看到，固支方板的破壞模式以大變形拉伸和彎曲破壞為主，因此在以后的研究中，可以忽略了剪切應變的影響。牟金磊，朱錫，張振華［35］等通過實驗研究，給出了加筋板在對應加強筋相對板殼較弱和較強兩種情況下的不同塑性變形模式。通過測量實驗后加筋板裂紋的減薄率，利用體積等效原理并分別基于單向和雙向應變假設，確定了Q235鋼在加筋板邊界拉伸撕裂破壞模式中的開裂極限應變值，為結構在爆炸沖擊作用下破損的數值仿真奠定了基礎。

2.2 理論研究

2.2.1 早期理論研究進展

多年來，人們積極開展板殼結構爆炸的理論研究，其中最具代表性的是庫爾于20世紀50年代出版的《水下爆炸》一書，這本書對水下爆炸及相關問題進行了系統的研究，為之后理論研究工作的開展奠定了基礎。早期理論研究主要集中在光板、交叉梁等結構上，由于加筋板結構變形比較復雜，國內外對爆炸沖擊作用下加筋板結構的變形，至今還沒有一套很完整的理論估算方法。由于爆炸載荷作用下板架結構的響應十分復雜，基于能量法研究板架結構沖擊作用下的變形與破損一直是問題研究的主流方法。吳有生［36］、朱錫［37］等分別在考慮了大變形時的應變關系及中面膜力影響的前提下，基于能量法推導了一個計算非接觸爆炸載荷作用下艦船板架變形及破損的公式，兩者的區別在于前者將板和加筋梁的變形能分開考慮，后者將板架化為正交的骨架梁系來考慮，并將板架的板作為骨架的帶板。最終將估算結果與國內外有關實驗進行了計算比較，結果表明所導公式具有一定的應用價值。兩者給出的估算公式都是以板架變形為簡單的雙三角函數為前提，所以可以迅速、簡潔地給出一個估算公式。但是，其公式應用的局限性也由此產生，當板殼加筋強度較大時，板架的變形模態復雜多變，此公式就會帶來很大的誤差，要想從根本上解決問題，還需從加筋板架的變形模態進行分析。劉土光［38］等對固支十字加筋方板和矩形加筋方板在爆炸載荷作用下的剛塑性動力響應進行了分析，并提出了針對加筋剛度強弱不同時，該類結構在這種載荷作用下的兩種變形模態和模態判別條件，導出了計及膜力影響的最大殘余橫向變形的計算方法及計算公式。并對兩種變形模態進行了實驗研究，取得了理論計算值與實驗值相一致的好結果。黃震球［39］詳細分析了爆炸載荷作用下固支加筋方板的大撓度塑性動力響應，給出了各種可能的運動模式以及相應的判別條件，導出了最大殘余變形的計算式。并指出在爆炸沖擊載荷作用下，加強筋的強弱和載荷的大小不同，固支加筋板結構的變形情況可能出現三種模式：

第一種模式，加強筋較弱，面板和筋作為一個整體發生變形，加強筋基本不影響面板的變形模式；

第二種模式，加強筋足夠強，一直處于剛性狀態，加筋板的板格始終以加強筋作為固定邊界發生運動和變形；

第三種模式，加強筋強度介于以上兩者之間，面板變形通過筋與板之間作用力使筋也發生一定程度的變形，加強筋部分限制了面板的變形。

黃駿德［40］等對在較大幅值和較長持續時間的爆炸脈沖作用下，固支方板大變形的塑性動力響應進行了實驗和理論研究。其利用Jones－Sawczuk控制方程，導出了爆炸脈沖下固支方板最大殘余撓度的簡單理論公式，該式與按沖量作用的相應公式有明顯差別。Jiang J.［41］通過將加筋板簡化為并列梁，采用剛塑性法并在結構濕表面上采用簡化的聲學近似方法進行處理，求得水下爆炸載荷作用時的響應。于政文［42］給出了基于塑性動力學理論，均布沖擊作用下，位于彈性基礎上的簡支理想剛塑性方板在中載和高載情況下的塑性動力響應的解析解。

2.2.2 最新理論研究進展

進入21世紀，爆炸作用下板架結構的動響應分析的理論研究工作開展得更為廣泛，國內研究也取得了突飛猛進的發展。吳成、金儼［43］等通過對水中爆炸理論和板的大變形理論分析，應用能量原理和Lagrangian函數，推導出反映固支方板在沖擊載荷作用下變形的最終撓度的解析解。朱錫、白雪飛［44］等為了得到爆炸作用下船體板架塑性動力響應及破口，首先將加筋板架等效為簡單的圓板，然后假設一定的塑性變形模式，得到變形能與變形的關系，利用動量定理和能量守恒定理，建立了板架塑性變形的理論模型，得出了變形撓度的計算公式。通過接觸爆炸實驗，得出材料極限動應變的估算值，并以最大環向應變等于極限動應變作為板架徑向撕裂的條件，得到破口半徑的計算公式。諶勇［45］等分析了簡支剛塑性圓板受水下爆炸載荷時的塑性動力響應。考慮到流固耦合作用，應用Taylor平板理論求水下爆炸壓力，用剛塑性法分析了圓板的永久變形場，引入膜力因子考慮了圓板大變形時的膜力效應。蓋京波［46］等對艦船板架在接觸爆炸載荷作用下的變形問題進行了研究。基于變分原理得到四邊固支的板架殘余變形的近似計算公式，根據破壞準則給出了估算破口半徑的近似方法，并與經驗公式進行了比較，結果表明此方法可應用于艦船結構在爆炸沖擊波作用下的破壞或防護方面的工程預測，從而為艦船的安全防護設計提供理論依據。

Rajendran R.［47］則從能量的觀點對爆炸載荷作用固支板的變形進行了討論，利用沖擊因子對變形模式進行劃分。唐獻述、龍源、王樹民［48］等利用能量理論處理爆炸載荷作用下板的最大變形量的計算問題，推導了接觸爆炸作用下線性硬化材料板的最大變形量計算式。牟金磊、朱錫［49］等將加筋板的變形分為整體變形和局部變形，借助數值計算擬合了兩者能量分配關系，進而提出了爆炸沖擊作用下加筋板結構變形的理論計算方法，給出了三種變形模式下板架變形的統一計算公式，并與實驗結果進行比較，結果吻合較好。劉永行［50］等采用雙剪應力強度理論，考慮材料的拉壓強度比，求解了簡支圓板在爆炸沖擊載荷波載荷作用下的動力響應問題，最終給出了殘余撓度的計算公式，并討論采用不同的拉壓強度比對簡支圓板塑性動力響應的影響。研究結果表明，材料的拉壓強度比對簡支圓板的塑性動力解的影響很大。

吳成、倪艷光［51］等分析了炸藥水中爆炸沖擊載荷作用下氣背固支鋼方板的動態響應過程。通過對不同裝藥量和炸距下的水下爆炸沖擊作用實驗，使用更準確的水介質沖擊載荷模型，采用改進的強化系數方形屈服線假設和剛線性硬化材料屈服模型，對固支氣背薄鋼方板的2種運動形態的動態響應過程進行了理論分析，得到了板的動態響應解析解。方斌、朱錫［52］等以能量法為基礎，將底部板架的響應過程分成整體變形和局部變形2個部分，根據兩者的不同特點，分別采用骨架梁模型和固支矩形板模型進行計算，并引入能量分配機制，對兩者所吸收的能量進行分配，使理論模型能夠直接求解。為驗證理論模型，建立了船底板板架的有限元模型，采用MSC.Dytran進行數值模擬，結果吻合較好。

2.3 數值模擬

實驗研究是再現物理過程最可靠的手段。但是爆炸實驗對于實驗場地、實驗設備要求嚴格，操作復雜，實驗周期長等，難于大規模進行，所以不便于廣泛應用。同時，對水下爆炸作用下加筋板架這樣復雜的結構響應的理論分析也比較困難。在這樣的背景下，數值仿真計算便顯得十分必要。尤其是在20世紀60年代以后，隨著計算機硬件技術的發展以及計算方法的完善，水下爆炸的數值仿真研究得到了很大的發展，同時由于數值仿真方法具有研究周期短和投入經費少等優點，目前數值仿真已經成為水下爆炸研究熱點。許多高瞬態非線性有限元分析程序，如：LS－DYNA、ABAQUS、ADINA、DYTRAN等得到了廣泛使用。數值仿真的關鍵在于要保證仿真結果的可靠性，這主要取決于輸入參數、建模方法、計算手段等多方面的因素。

Rudrapatna N.S.，Vaziri R.［53－54］等通過有限元分析軟件，模擬分析了單向加筋板三種失效模式。Slater J.E.，Houlston R.［55］等對海洋結構物鋼板進行了空爆作用下結構變形與破損數值模擬分析。Ramajeyathilagam K.［56］等通過數值模擬和實驗研究確定了水下爆炸作用下矩形板的塑性大變形失效和拉伸失效兩種失效模式。與此同時，Ramajeyathilagam K.在圓柱殼上也做出了同樣的報道。Vendhanb C.P.等應用大型有限元分析軟件CSA／GENSA［DYNA3D］，對矩形薄板在水下爆炸載荷作用下的失效模式進行了仿真分析，并把仿真結果與實驗結果進行了對比分析，得到了滿意的結果。姚熊亮［57－58］等以某船的船體結構和型線為基礎，建立有限元分析模型，利用LS－DYNA程序計算了船體在不同炸藥當量、起爆位置、有限元網格劃分時的沖擊環境，分析了船體在不同工況下的沖擊響應，計算結果分析表明：在一定的條件下LS－DYNA有限元軟件計算水下爆炸沖擊環境是可行的，并得出了一些有益的結論。在進行分析時，姚熊亮［59］等討論了不同流場范圍及網格劃分對計算結果的影響，并給出了簡便的節省時間的可行的計算方法。Chung Kim Yuen S.，Nurick G.N.等在對固支四邊形加筋板進行實驗研究的同時，也進行了數值仿真驗證。他們采用ABAQUS軟件建立有限元模型，同時考慮了材料的溫度效應與應變率效應，對多種加筋形式和加筋尺寸情況下板架的非線性大變形進行了很好的預測。梅志遠［60］等針對船用加筋板架復雜結構在爆炸沖擊波作用下的動態響應，采用商用高動態非線性有限元程序MSC／Dytran，討論了大尺寸加強結構板架迎爆承載問題，提出了復雜板架結構爆炸沖擊波作用下動態響應的有限元計算方法，并進行了模型實驗，驗證了應用程序及計算模型參數的穩定性和可靠性。Balden V.H.，Nurick G.N.［61］對文獻［18］的實驗研究進行了數值仿真計算。他們應用了大型水動力計算軟件AUTODYN模擬爆炸載荷在時間與空間的分布，用ABAQUS模擬爆炸載荷作用下板的變形與失效，給出的結果與實驗吻合較好。諶勇等在理論上推導了剛塑性圓板受水下爆炸載荷時的塑性動力響應的同時，并應用非線性有限元軟件ABAQUS進行了數值模擬比較。結果表明，在不考慮空泡和爆炸壓力時間常數較小時，用剛塑性方法可以較好地求解圓板的變形場，但在處理空泡問題時難度較大。最后分析了流固耦合的影響，給出了粗略的估計方法，這在工程設計階段具有一定的參考價值。侯海量、朱錫［62］等通過采用動態非線性有限元分析程序MSC／DYTRAN模擬加筋板的動態響應及失效，分析了爆炸載荷下具有1根加強筋的固支矩形加筋板失效模式及加強筋相對剛度、沖擊載荷強度對加筋板失效模式的影響，得到單根加筋板的兩種失效模式的判別條件，并由此求得加筋板結構由發生塑性大變形到發生破損時，加強筋的相對剛度及臨界沖擊載荷，確定了抗爆性能最強時，加筋板質量與各加強筋橫截面尺寸及加筋間距的關系，實現了對固支矩形加筋板抗爆結構的優化設計。與此同時，侯海量［63］等又對艙內爆炸載荷作用下艦艇結構的動態響應及失效進行了模擬。結果表明，艙室板架結構承受的沖擊載荷及失效模式與敞開環境爆炸下加筋板結構承受的沖擊載荷及失效模式有較大區別，其動態響應難以用敞開環境爆炸下加筋板結構的動態響應描述。吳義田［64］等運用量綱分析得到影響近距離爆炸下靶板動力響應的獨立變量，通過動力有限元分析軟件LS－DYNA中的流固耦合算法，對一定藥量TNT的球形裝藥的爆炸過程進行數值仿真。張馨、王善［65］等以加筋板模型為研究對象，建立了平板、井字加筋板、十字加筋板三種模型。利用非線性有限元程序LS－DYNA，分別模擬計算出它們在水下接觸爆炸載荷作用下的動力響應。陳永念，譚家華［66］等采用數值方法研究了正方形板在水下爆炸沖擊波載荷作用下的動態響應，分析了板的變形模式，研究了板厚和爆炸沖擊因子對板的最大變形撓度的影響，推導出簡單適用的經驗公式。

3 研究建議及展望

隨著人類社會的進步及科學技術的不斷發展，爆炸載荷作用下板殼結構變形與失效研究工作越來越引起人們的重視，目前需要研究的工作主要包括以下四個方面。

1）實驗研究。在進行實驗技術和方法研究的同時，有效地開展大規模、系統的實驗研究也變得十分必要。尤其是國內，在實驗研究工作開展得過于分散，不利于研究工作的進一步開展。

2）理論研究。爆炸及爆炸載荷作用下的大型復雜板架動態響應機理研究。如前所述，爆炸是一種非常復雜的過程，爆炸載荷下的動態響應屬大變形、高度非線性、流固耦合的瞬時動態響應，目前人們對其機理仍沒有完全研究清楚，需我們進一步詳細研究。

3）數值仿真。作為目前應用最多的一種研究手段，數值仿真具有無可比擬的優越性。然而計算結果的可靠性一直是研究人員所關注的問題。目前的計算軟件也只能針對具體的問題，有著良好的逼近度，也就是說，還不能將各種綜合影響因素真實地模擬出來。這些問題最終的解決還需要對爆炸及結構響應的機理研究和軟件計算功能的改善。

4）工程應用研究。復合材料結構在爆炸載荷作用下的應用研究。由于復合材料具有普通材料所不具有的優越性能，目前已廣泛應用于飛機、艦船、水下管道等結構中。同時由于復合材料結構的特殊性，對其進行的理論與實驗研究也變得十分困難，至今這方面的報道還很少，有待于研究工作的進一步開展。

5）艦船抗爆結構設計研究。隨著現代精確制導技術的發展和導彈爆炸威力的提升，艦船生存環境面臨著前所未有的挑戰。因此，研究開發出在滿足常規強度、使用要求下安全可靠、方便實用的新型抗爆結構型式，對于提高艦船生命力具有非常重要的意義。

4 結語

爆炸載荷作用下艦船板架的變形與撕裂，將會給人員和生命財產帶來巨大的威脅。因此，積極開展爆炸及其作用下結構的響應分析研究具有非常重要的意義。而加筋板架結構是艦船中最為常見的形式（如雙層底、舷側、甲板結構），爆炸作用下加筋板架的變形及失效模式研究，是大型結構物中局部結構毀傷研究的重要內容。目前，此方面研究正引起世界各國的重視，也取得了許多顯著的研究成果。然而，隨著形勢的發展，許多新的挑戰不斷涌現，至今尚有很多問題需要人們解決，我們應在前人工作的基礎上不斷加緊研究工作的開展，以滿足艦船結構的抗爆要求。

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Review for Deformation and Fracture Behavior of Ship Stiffened Plate Subjected to Blast Loading

Yao Xiong-liang Yang Shu-tao Zhang A-man
College of Shipbuilding Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China

Research on the deformation and fracture behavior of ship stiffened plate subjected to the blast loading is widely concerned，and a lot of achievements have been made in the engineering field in China and other countries in recent years.An overview about research results that have been achieved is presented from three aspects including theoretical research，experimental research and numerical simulation.Present focus and perspectives of the research are analyzed.

framed plate structure；fracture；hull deformation；blast；overview

U661.44

：A

：1673－3185（2009）01－01－07

2008－11－22

國家自然科學基金（50779007）；國際科技合作項目（2007DFR80340）

姚熊亮（1963－），男，教授，博士生導師。研究方向：船舶與海洋工程結構動力學。E-mail：saibei8411＠163.com楊樹濤（1984－），男，碩士。研究方向：船舶與海洋結構物結構性能與安全。E-mail：shutaoyang2008@hotmail.com