论文题目: 大型非对称浮体结构整体破坏分析
论文类型: 博士论文
论文专业: 固体力学
作者: 何建
导师: 王善
关键词: 非对称浮体结构,爆炸载荷,瞬态响应,倾覆概率,稳性衡准,随机响应
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文对海洋环境中大型非对称浮体结构的弯扭耦合动态特性、爆炸载荷作用下的动态(瞬态)响应以及破损后的(短期)倾覆概率、拖航期间的(短期)倾覆概率进行了研究探讨。分析了附连水附加质量对大型非对称结构动态特性的影响;给出了爆炸载荷作用下大型浮体结构的瞬态响应;建立了大型浮体结构考虑风浪和爆炸载荷作用的大幅横摇运动随机微分方程;给出了具有初始横倾角的大型破损浮体结构在武器攻击瞬间的横摇瞬态概率密度函数:建立了作战环境中大型浮体结构瞬间(短期)的倾覆准则;给出了作战期间和拖航期间任意时刻t大型浮体结构的倾覆概率表达式,并探讨了结构浮态参数和武器装药量对结构倾覆概率的影响。主要内容如下: 1.采用薄壁有限元理论求得正浮状态和非正浮状态非对称浮体结构的剖面弯扭参数;在浮体梁水下破口位置及尺寸为确定性的前提下,假定水下一舱和多舱破损进水,采用Vlasov不沉性理论计算得到浮体梁水下宏观破损后的浮态参数。 2.通过对不同结构振型形状对附加质量修正系数的影响进行对比分析,表明采用结构真实的振型形状比传统仅采用振型节点数量来确定附加质量修正系数的方法要合理;并且首次考虑附加质量效应对大型浮体梁动态特性(固有频率)的影响,采用迁移矩阵法,分别对大型完整及破损浮体结构在考虑附加质量效应、剪切变形、转动惯量、翘曲刚度以及水下破损程度影响时的动态特性进行了对比分析。 3.建立了作战环境中大型浮体结构瞬态响应计算模型,导出了爆炸载荷作用下考虑耦合效应的运动微分方程;将波浪中迎浪航行的大型浮体结构在水下爆炸载荷作用下的动态响应视为波浪载荷作用下的对称响应与爆炸载荷作用下的非对称响应的迭加;采用二维水弹性理论对波浪载荷作用下的浮体梁垂荡和纵摇对称响应进行了分析;将浮体梁视为变截面的Timoshenko梁,水下爆炸载荷视为一种脉冲集中载荷,考虑附连水质量对浮体梁振动的影响,采用振型截断法对脉冲集中载荷作用下的瞬态响应进行了分析。 4.考虑大型浮体结构处于持续时间短暂的作战环境之中,将风扰动与波浪扰动模型化为随机过程,水下攻击武器的爆炸载荷视为突加的不规则确定
论文目录:
第1章 绪论
1．1 本课题研究的背景
1．2 “二战”中航母整体破坏模式
1．3 大型浮体结构区别于常规舰船的结构特点
1．3．1 大型浮体结构布置特点
1．3．2 大型浮体结构的力学及动力响应特点
1．4 大型非对称结构动态特性研究概述
1．4．1 附加质量对大型非对称结构动态特性影响研究概述
1．5 波浪载荷作用下大型结构响应研究概述
1．6 水面舰船抗爆性能研究概述
1．6．1 国外舰船抗爆试验及理论研究概述
1．6．2 国内舰船抗爆试验及理论研究概述
1．7 大型非对称结构倾覆概率及衡准研究概述
1．7．1 舰船横摇统计性质研究综述
1．7．2 舰船倾覆概率研究综述
1．8 本文研究的主要内容、目的和意义
1．8．1 主要研究内容
1．8．2 研究目的和意义
第2章 大型非对称浮体结构动态特性分析
2．1 概述
2．1．1 坐标系选择及符号规定
2．1．2 非对称浮体结构薄壁梁离散化
2．1．3 非对称薄壁梁段剖面离散化
2．2 非对称浮体结构剖面弯扭特性参数计算
2．2．1 正浮状态非对称浮体结构剖面弯扭参数计算
2．2．2 非正浮状态非对称浮体结构剖面弯扭参数计算
2．3 武器攻击下浮体舷侧水下破口参数
2．4 破损进水后大型浮体结构自由浮态分析
2．4．1 不沉性数学模型的建立
2．4．2 水下破损浮体结构的平衡方程
2．5 非对称浮体结构振动附加质量
2．5．1 二维运动附加质量
2．5．2 弯扭耦合振动的附加质量转动惯量
2．5．3 附加质量三维修正系数计算
2．5．4 振型不同形状对三维修正值的影响
2．5．5 单元附加质量矩阵的计算
2．6 大型完整非对称浮体振动特性分析
2．6．1 非对称浮体运动微分方程
2．6．2 正浮状态非对称浮体结构固有频率和振型
2．6．3 非正浮状态非对称浮体结构固有频率和振型
2．7 算例
2．7．1 大型非对称浮体结构资料
2．7．2 水下武器单发攻击后的浮体舷侧破口尺寸
2．7．3 一次和多次攻击后浮体的浮态参数计算
2．7．4 大型完整及破损非对称浮体结构剖面弯扭参数
2．7．5 完整对称浮体动态特性
2．7．6 完整非对称浮体动态特性
2．7．7 多次攻击破损后非对称浮体动态特性
2．7．8 破损程度对非对称浮体动态特性的影响
2．8 本章小结
第3章 爆炸载荷作用下大型浮体结构瞬态响应
3．1 浮体结构动态响应计算模型的建立
3．2 水下爆炸载荷的确定
3．2．1 水下爆炸冲击波载荷
3．2．2 作用于结构上的冲击波动载荷
3．2．3 作用于浮体结构上的外力和内力
3．3 流场中大型浮体结构离散化运动方程的建立
3．4 运动方程的求解
3．4．1 直接积分法
3．4．2 坐标变换法
3．5 波浪载荷作用下完整大型浮体结构的短期对称响应
3．5．1 考虑附加质量影响的干浮体梁对称运动方程建立
3．6 水下爆炸载荷作用下浮体的瞬态响应
3．6．1 爆炸载荷作用下的自由振动微分方程
3．6．2 自由振动主模态分析
3．6．3 广义质量和广义刚度
3．6．4 爆炸载荷作用下浮体非对称振动模态分析
3．7 算例
3．7．1 波浪条件
3．7．2 完整及破损干浮体分析
3．7．3 波浪中完整浮体运动的时域模拟
3．7．4 水下爆炸载荷作用下大型浮体结构的瞬态响应
3．7．5 数值计算
3．7．6 一次攻击下大型浮体结构的瞬态极值响应
3．8 本章小结
第4章 爆炸载荷作用下大型浮体结构的倾覆概率
4．1 一般规定
4．1．1 运动坐标系
4．1．2 波浪中摇荡运动描述
4．2 浮体结构大幅横摇运动微分方程描述
4．2．1 一般性假设
4．2．2 运动微分方程的建立
4．3 随机横摇力矩分析
4．3．1 随机波浪扰动力矩分析
4．3．2 风载荷扰动力矩分析
4．4 随机横摇力矩作用下浮体结构瞬态横摇响应
4．4．1 M_w(t)与M_d(t)的联合分布
4．4．2 随机横摇力矩作用下破损浮体结构的动力描述
4．4．3 FPK方程
4．4．4 浮体结构运动瞬态响应
4．5 突加倾侧力矩作用下浮体结构的横摇运动
4．5．1 爆炸冲击载荷产生的突加倾侧力矩
4．5．2 爆炸载荷作用下浮体结构横摇时间历程
4．6 组合载荷作用下大型浮体结构倾覆概率
4．6．1 横摇组合响应的各阶原点矩
4．6．2 最大熵法求组合响应的概率密度函数
4．6．3 大型浮体结构倾覆准则
4．6．4 大型浮体结构倾覆概率预报
4．7 数值算例
4．7．1 横摇运动微分方程基本参数
4．7．2 外加激励资料及参数
4．7．3 大型破损浮体与完整浮体的倾覆概率比较
4．7．4 武器装药量对破损浮体结构倾覆概率的影响
4．8 本章小结
第5章 大型破损浮体结构拖航时的倾覆概率
5．1 具有固定横倾角的大幅横摇运动微分方程
5．2 随机横摇力矩作用下的横摇响应
5．3 破损浮体拖航时的倾覆概率分析
5．4 数值算例
5．5 本章小结
结论及展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的研究成果
致谢
发布时间: 2005-10-21
参考文献
- [1].超大型浮体结构水弹性问题研究[D]. 赵存宝.哈尔滨工业大学2007
- [2].快速多极子方法在多浮体和水弹性问题中的应用[D]. 勾莹.大连理工大学2006
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