Abstract Ring stiffened cylindrical shells find wide applications in marine vehicles such as submersibles, submarine, autonomous underwater vehicles (AUV) and torpedoes. The structures used for military applications are susceptible to shock loadings from an underwater explosion. It is imperative to understand the shock damage mechanism of such structures to design for survivability. The problem is quite complex involving explosive-fluid interaction, fluid-structure interaction, material, geometric nonlinearity and strain rate effects. In this paper, an attempt has been made to study the shock response of a ring stiffened cylindrical shell of length 1000 mm, diameter 600 mm and thickness 6 mm shock tested using small explosive charge of 70 gm PEK I. The numerical study is performed using LS-DYNA finite element code considering the fluid-structure interaction, strain rate effects, geometric and material nonlinearity. The stiffened cylinder under consideration is modelled using Belytschko-Tsay shell element and the fluid and explosive using Eulerian solid element. The explosive is modelled using JWL equation of state, the fluid using Gruneisen equation of state and the stiffened cylinder fluid interaction using ALE coupling. The permanent deformation obtained from the numerical study compares well with experimental results within 5% accuracy. Subsequently, parametric investigation has been carried out for various charge weights with different cylindrical shell thickness and the results of permanent deformation, effective plastic strain are presented.

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环加筋圆柱壳水下爆炸大变形行为数值研究

摘要 环形加筋圆柱壳在潜水器、潜艇、自主水下航行器（AUV）和鱼雷等船舶中得到广泛应用。用于军事应用的结构容易受到水下爆炸冲击载荷的影响。必须了解此类结构的冲击损坏机制以设计生存能力。这个问题非常复杂，涉及炸药-流体相互作用、流-固相互作用、材料、几何非线性和应变率效应。在本文中，尝试研究长 1000 毫米、直径 600 毫米和厚度 6 毫米的环形加强圆柱壳的冲击响应，使用 70 克 PEK I 小炸药进行冲击试验。考虑到流固耦合、应变率效应、几何和材料非线性，使用 LS-DYNA 有限元代码进行数值研究。所考虑的加筋圆柱体使用 Belytschko-Tsay 壳单元建模，流体和炸药使用欧拉实体单元建模。炸药使用 JWL 状态方程建模，流体使用 Gruneisen 状态方程建模，刚性圆柱流体相互作用使用 ALE 耦合建模。从数值研究中获得的永久变形与实验结果相比，精度在 5% 以内。随后，对具有不同圆柱壳厚度的各种装药重量进行了参数研究，并给出了永久变形、有效塑性应变的结果。几何和材料非线性。所考虑的加筋圆柱体使用 Belytschko-Tsay 壳单元建模，流体和炸药使用欧拉实体单元建模。炸药使用 JWL 状态方程建模，流体使用 Gruneisen 状态方程建模，刚性圆柱流体相互作用使用 ALE 耦合建模。从数值研究中获得的永久变形与实验结果相比，精度在 5% 以内。随后，对具有不同圆柱壳厚度的各种装药重量进行了参数研究，并给出了永久变形、有效塑性应变的结果。几何和材料非线性。所考虑的加筋圆柱体使用 Belytschko-Tsay 壳单元建模，流体和炸药使用欧拉实体单元建模。炸药使用 JWL 状态方程建模，流体使用 Gruneisen 状态方程建模，刚性圆柱流体相互作用使用 ALE 耦合建模。从数值研究中获得的永久变形与实验结果相比，精度在 5% 以内。随后，对具有不同圆柱壳厚度的各种装药重量进行了参数研究，并给出了永久变形、有效塑性应变的结果。炸药使用 JWL 状态方程建模，流体使用 Gruneisen 状态方程建模，刚性圆柱流体相互作用使用 ALE 耦合建模。从数值研究中获得的永久变形与实验结果相比，精度在 5% 以内。随后，对具有不同圆柱壳厚度的各种装药重量进行了参数研究，并给出了永久变形、有效塑性应变的结果。炸药使用 JWL 状态方程建模，流体使用 Gruneisen 状态方程建模，刚性圆柱流体相互作用使用 ALE 耦合建模。从数值研究中获得的永久变形与实验结果相比，精度在 5% 以内。随后，对具有不同圆柱壳厚度的各种装药重量进行了参数研究，并给出了永久变形、有效塑性应变的结果。