水面舰艇新型抗损结构设计与剩余强度研究

论文摘要

水面舰艇由于目标较大，战争中会不可避免地遭到各种水上和水面精确制导武器的打击和损伤。舰艇破损后的承载能力直接影响着舰艇的生存力和战斗力。本论文主要研究了舰艇的强度问题，特别是剩余强度问题。论文分析了用薄壁结构力学与ANSYS软件处理船体总纵强度、扭转强度、剩余强度和稳定性问题的科学性。认为薄壁梁结构力学理论是比较成熟的理论，有限元方法也是很实用的工程计算方法，只要建立合理的薄壁结构力学计算模型，确定合理的约束条件，加载适当的载荷，采用有限元方法可以有效地解决船体结构强度计算和稳定性计算问题，得到符合工程要求的满意的结果。为校核数值计算的可靠性，在研究过程中还开展了物理模型实验工作。论文设计了两种新型抗损结构方案，通过与原设计方案的总纵强度、扭转强度和船体的稳性、重量的对比分析，得出相应的研究结论：①新型抗损结构对船体的重量、航行性能影响很小，却能很大地提高船体的总纵强度，增强舰船的生命力。如果在新船中采用新型抗损结构设计还有利于节省钢材，降低船的造价；②通过对船体的扭转强度的研究，认为加装箱型梁的不同抗损结构设计对船体结构扭转强度的作用不同，在实际工程中，优化的抗损结构设计才能切实提高船体的扭转强度和舰船的生存能力；③新型抗损结构设计能够很好地提高船体的剩余总纵强度，防止船体破坏断裂，对船体的安全性能有很好地改善作用；新型抗损结构在破损状态下对船体抗扭的作用明显优于对完整船体的抗扭作用；④新型抗损结构极大地提高了船体的甲板刚度，即使在破损状态下，船体的甲板板架也不会失稳。最后，论文探讨了船体破损后剩余强度的分析与反分析理论，结合实际，对船体承受不同载荷的情况进行了案例分析。不仅计算了船体总纵强度，还对构件的稳定性进行了计算。不仅计算了单发武器命中的效应，而且还计算了多发武器联合作用下的效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究工作的意义与目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 研究的主要问题及解决途径
• 1.3.1 研究的主要问题
• 1.3.2 解决问题的途径
• 1.4 完成的主要研究工作
• 第2章 薄壁结构力学理论和有限元计算方法
• 2.1 概述
• 2.2 薄壁结构力学相关理论
• 2.2.1 薄壁杆件的扭转理论
• 2.2.2 薄壁杆件的稳定性理论
• 2.3 有限元计算方法
• 2.3.1 ANSYS软件介绍
• 2.3.2 ANSYS静力分析的基本过程
• 2.4 物理模型试验方法
• 2.4.1 试验目的
• 2.4.2 试验原理
• 2.4.3 试验方案
• 2.5 本章小结
• 第3章 新型抗损结构船体设计及其强度研究
• 3.1 新型抗损结构船体强度计算过程
• 3.1.1 选择新型抗损结构方案
• 3.1.2 建立船体有限元立体模型
• 3.1.3 确定载荷和约束条件
• 3.2 新型抗损结构船体总纵强度研究
• 3.2.1 原船的应力、应变计算
• 3.2.2 方案一的应力、应变计算
• 3.2.3 方案二的应力、应变计算
• 3.2.4 两种方案与原船体总纵强度对比分析
• 3.3 新型抗损结构船体扭转强度研究
• 3.3.1 载荷确定
• 3.3.2 用有限元方法计算船体扭转强度
• 3.4 新型抗损结构船体剩余强度研究
• 3.4.1 新型抗损结构船体破损情况假定
• 3.4.2 新型抗损结构船体剩余总纵强度
• 3.4.3 新型抗损结构船体剩余扭转强度
• 3.5 本章小结
• 第4章 新型抗损结构船体稳定性研究
• 4.1 甲板纵支骨稳定性
• 4.2 甲板纵桁稳定性
• 4.3 甲板板格稳定性
• 4.4 甲板板架稳定性
• 4.4.1 普通船体甲板板架稳定性
• 4.4.2 加抗损结构的船体甲板稳定性
• 4.5 抗损结构稳定性
• 4.6 抗损结构船体始屈扭矩
• 4.7 两种方案与原船体总重量对比
• 4.8 本章小结
• 第5章 船体破损后剩余强度分析与反分析研究
• 5.1 概述
• 5.2 载荷计算
• 5.2.1 导弹命中载荷分析
• 5.2.2 爆炸作用的封闭空间体积和排气面积
• 5.2.3 载荷值的确定
• 5.3 船体破损后剩余强度分析
• 5.3.1 船体板架的材料属性和有限元的设定
• 5.3.2 板架破损后的剩余强度计算
• 5.3.3 等效刚度的计算与分析
• 5.4 船体破损后剩余强度反分析
• 5.4.1 船体破损后剩余强度反分析原理
• 5.4.2 船体破损后剩余强度反分析计算
• 5.5 船体破损后剩余强度案例研究
• 5.5.1 中和轴倾斜时的应力计算
• 5.5.2 单发武器命中船体水线以上总纵强度计算
• 5.5.3 多发激光炸弹命中船体强度与稳定性计算
• 5.5.4 多发反舰导弹命中船体强度与稳定性计算
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历
• 附录A 抗损结构模型试验报告
• 附录B 用薄壁结构力学方法计算船体扭转强度