声学覆盖层复合结构抗冲性能研究

论文摘要

为提高潜艇的隐身性能,通常在潜艇非耐压壳板外表面敷设消声瓦,在耐压壳体的外表面敷设隔声去耦瓦,在耐压壳体内表面敷设“阻尼层”(以上三种结构统称为多种声学覆盖层);由于声学覆盖层含有空腔的特殊结构形式,该空腔结构形式在受到爆炸冲击波时,腔体将产生变形并吸收能量,这将严重影响潜艇的抗冲击性能。本文首先针对敷设声学覆盖层的板结构的吸能性能进行研究,找出了覆盖层空腔结构变形、速度及加速度与冲击波能量吸收之间的关系,得到了敷设声学覆盖层的板结构的抗冲性能;针对潜艇结构物广泛采用的结构形式——加肋双层圆柱壳,利用大型有限元计算软件ABAQUS,对敷设声学覆盖层的双层圆柱壳的冲击特性进行了研究,讨论了圆柱壳的抗冲性能随声学覆盖层不同敷设部位、声学覆盖层的厚度以及腔型的变化关系,初步得出了敷设声学覆盖层后壳体结构的抗冲性能,并对声学覆盖层结构进行优化,在此基础上,给出了兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计及性能参数的优化建议。采用ABAQUS中的复合板结构对敷设声学覆盖层的潜艇结构进行了建模计算,并针对同一模型承受同样载荷时,采用实体单元建模计算结果与采用复合板结构的计算结果进行了对比验证,表明采用复合板建模计算是可行的。最后依据该方法建立敷设声学覆盖层结构的潜艇模型,得到了潜艇结构的冲击环境计算模型,并研究了声学覆盖层对潜艇冲击环境及冲击响应的影响,讨论了声学覆盖层的敷设方式对潜艇舱段冲击环境及结构冲击响应的影响规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的目的和意义
• 1.2 相关研究介绍
• 1.3 本论文的主要工作
• 第2章 计算方法与理论
• 2.1 引言
• 2.2 爆炸载荷计算原理
• 2.2.1 炸药爆轰过程
• 2.2.2 冲击波波阵面压力随时间变化规律
• 2.2.3 应力波在结构中的传播
• 2.3 材料模型
• 2.3.1 声学覆盖层材料模型
• 2.3.2 常用钢材材料模型
• 2.4 显式有限元方法
• 2.4.1 显式时间积分
• 2.4.2 显式方法的条件稳定性
• 2.4.3 稳定性限制
• 2.4.4 显式时间积分方法的优越性
• 2.5 本章小结
• 第3章 声学覆盖层复合板结构抗冲性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型
• 3.2.1 声学覆盖层结构模型
• 3.2.2 板结构模型及工况
• 3.2.3 有限元模型
• 3.2.4 边界条件及载荷
• 3.3 板结构部分工况下加速度曲线
• 3.4 板结构抗冲性能随声学覆盖层厚度的变化关系
• 3.5 板结构抗冲性能随声学覆盖层腔形的变化关系
• 3.6 板结构抗冲性能优化分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 声学覆盖层复合双层壳抗冲性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型
• 4.3 声学覆盖层复合双层壳抗冲性能分析
• 4.3.1 圆柱壳体的抗冲性能随不同敷设部位的变化关系
• 4.3.2 圆柱壳体的抗冲性能随声学覆盖层厚度的变化关系
• 4.3.3 圆柱壳体的抗冲性能随声学覆盖层腔形的变化关系
• 4.4 本章小结
• 第5章 声学覆盖层复合潜艇结构抗冲性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 潜艇结构模型
• 5.3 计算模型
• 5.4 计算工况及考核位置
• 5.5 冲击谱及其在潜艇冲击环境中的应用
• 5.6 声学覆盖层复合潜艇结构抗冲性能分析
• 5.6.1 敷设声学覆盖层前后潜艇结构破坏环境分析
• 5.6.2 敷设声学覆盖层前后潜艇结构冲击环境分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢