潜载导弹垂直发射对耐压壳体结构的冲击响应分析

论文摘要

现在工业和军事技术的发展要求材料和结构经常处于爆炸、冲击等极端环境下。结构的动态力学性能研究不仅在国民经济中,更在军事技术中有着重要的意义和价值。柱壳结构是常规武器的主要结构形式之一,经常会受到爆炸和冲击载荷作用,因此研究柱壳结构在爆炸和冲击载荷下的材料力学响应对于改善弹体设计、增强导弹威力、提高导弹存活率具有重要的指导意义。本文基于此前提,采用大型通用有限元软件对耐压壳的动态响应进行了分析。主要工作如下:首先,讨论了导弹垂直发射燃气尾流场特性,结合本课题研究内容的需要,确定了冲击载荷力函数。其次,讨论了导弹垂直发射时,潜艇要受到静力、艇体水动力以及复杂的激变力的作用。采用Gertler六自由度运动方程对潜艇的运动状态进行仿真时,合理处理复杂激变力是建立潜艇运动仿真数学模型的关键。然后,采用传递函数方法结合Fourier级数展开对圆柱壳在冲击波作用下的瞬态动力响应进行了求解,对影响圆柱壳瞬态响应的各种因素进行了探讨,得出了一些有价值的结论。最后,通过ABAQUS建立发射舱段和发射平台模型,分析了导弹垂直发射对发射平台和耐压壳体结构的动态响应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 任务来源和研究背景
• 1.2 国内外研究现状与发展
• 1.2.1 潜载导弹水下发射的方式
• 1.2.2 国内研究现状与发展方向
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 导弹垂直发射冲击载荷
• 2.1 火箭（导弹）燃气射流动力学理论知识
• 2.1.1 火箭（导弹）发射时的燃气射流动力学问题
• 2.1.2 气体动力学的基本概念和方程
• 2.2 火箭（导弹）发射时燃气射流的基本方程和数值方法
• 2.2.1 射流方程
• 2.2.2 数值方法:特征—差分法
• 2.3 火箭（导弹）燃气射流对耐压壳体发射平台的冲击载荷
• 2.3.1 非定常燃气冲击射流与冲击波场
• 2.3.2 起飞火箭燃气射流对耐压壳体发射平台冲击滞止点的压力变化
• 2.3.3 火箭（导弹）燃气射流压力表达式
• 2.4 本章小结
• 第3章 潜载弹道导弹发射时潜艇运动仿真的数学模型
• 3.1 概述
• 3.2 潜载导弹水下垂直发射时的“水锤”压力研究
• 3.2.1 “水锤”压力的实验研究
• 3.2.2 “水锤”压力的机理分析
• 3.2.3 由“水锤”压力引起的安全问题思考
• 3.3 潜艇运动仿真数学模型的推导求解
• 3.3.1 坐标系
• 3.3.2 运动方程
• 3.3.3 受力及力矩方程
• 3.3.4 方程的求解
• 3.3.5 仿真数学模型
• 3.4 垂直发射弹道导弹时潜艇的受力分析
• 3.4.1 导弹对潜艇的发射反力
• 3.4.2 高压燃气造成的负压区
• 3.4.3 导弹出筒与海水灌入造成的失重与超重
• 3.5 垂直发射时潜艇运动方程的求解
• 3.5.1 基本假定
• 3.5.2 横倾转动方程
• 3.5.3 垂向运动方程
• 3.5.4 纵倾转动方程
• 3.6 本章小结
• 第4章 圆柱壳在冲击波作用下的瞬态响应分析
• 4.1 基本方程
• 4.2 传递函数解法
• 4.3 算例分析
• 4.3.1 频域响应结果
• 4.3.2 瞬态响应结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 冲击载荷作用下壳体结构响应有限元分析
• 5.1 概述
• 5.2 壳体有限元模型建立
• 5.2.1 有限元软件ABAQUS简介
• 5.2.2 有限元分析方法
• 5.2.3 有限元建模结构层次
• 5.2.4 有限元建模原则
• 5.3 计算结果及分析
• 5.4 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