双体船结构抗爆抗冲击特性研究

论文摘要

舰船的抗爆抗冲击能力是舰船生命力的重要指标,一直是各国海军关注和研究的重点。由于水的不可压缩性和气泡脉动的作用,水下非接触爆炸对舰船产生的冲击破坏作用尤为严重,而小水线面双体船作为一种新型的水面舰船,还没有对其进行系统全面的抗爆抗冲击性能研究。因其结构上的特点以及某些性能方面的优点,抗冲击性能与单体船存在不同之处。为此,为保证双体船具有较强的作战性能和生命力,本文对双体船进行抗爆抗冲击性能进行探讨研究,开展了以下研究工作。首先,对双体船抗爆抗冲击的国内外研究现状进行归纳总结,得到该研究领域的不足之处。其次,针对小水线面双体船有限元模型,由Geers and Hunter模型获得冲击波压力,采用声固耦合法模拟冲击波阶段的船体响应,气泡脉动载荷下的船体响应则用流体边界元和结构有限元耦合求解。再次,采用数值算法模拟典型无脉动爆炸工况下船体结构的响应,总结双体船在不同工况下的冲击响应规律,给出双体船在冲击波载荷作用下的冲击环境特征；针对水下非接触爆炸的冲击波载荷对双体船局部强度的破坏,分析双体船在工况下变形损伤较大的薄弱部位,得出双体船在水下非接触爆炸作用下局部毁伤特征,并根据计算结果得出双体船的安全半径,临界半径,破坏半径的拟合公式。最后,详细分析了冲击波和气泡作用下双体船剖面的平均Von. Mises应力、塑性应变等总体响应特点,总结了炸药药量、爆炸水深、爆炸方位角、爆点沿船长的分布对船体总体响应的影响规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 双体船应用现状及发展前景
• 1.2.2 双体船结构及强度特点研究
• 1.2.3 舰船抗冲击研究进展
• 1.3 数值仿真研究概述
• 1.4 论文主要的研究内容
• 第2章 双体船水下爆炸理论及数值仿真计算研究
• 2.1 引言
• 2.2 水下爆炸基础理论
• 2.2.1 水下爆炸物理现象
• 2.2.2 水下爆炸载荷的求解
• 2.3 数值仿真基本算法
• 2.3.1 结构非线性动力响应算法
• 2.3.2 耦合算法
• 2.4 双体船数值建模特征
• 2.4.1 几何模型简化原则
• 2.4.2 双体船有限元模型
• 2.4.3 水下爆炸时舰船舷外流场有限元模型的大小及判断依据
• 2.4.4 模型检查
• 2.4.5 时间步长的选取
• 2.5 本章小结
• 第3章 双体船冲击环境特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 冲击谱理论
• 3.2.1 冲击响应谱的导出
• 3.2.2 冲击响应谱的分类
• 3.2.3 冲击响应谱的理论计算方法
• 3.2.4 冲击响应谱的规范评述
• 3.3 水下非接触爆炸冲击环境分析
• 3.3.1 计算工况设置
• 3.3.2 典型部位时历响应分析
• 3.3.3 相同冲击因子下同工况比较分析
• 3.3.4 相同冲击因子下不同工况比较分析
• 3.3.5 不同冲击因子下同工况比较分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 水下非接触爆炸双体船结构毁伤特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 舰船材料及结构破损失效分析
• 4.2.1 船用材料冲击特性
• 4.2.2 材料失效及破口的判别准则
• 4.2.3 船体失效区域的判定准则
• 4.3 水下非接触爆炸作用下双体船局部强度
• 4.3.1 冲击波载荷作用下船体毁伤效果
• 4.3.2 双体船典型部位应力与应变分析
• 4.4 双体船安全半径、临界半径以及破坏半径确定方法
• 4.4.1 计算标准
• 4.4.2 工况设置
• 4.4.3 破坏半径计算
• 4.4.4 临界半径计算
• 4.4.5 安全半径计算
• 4.5 本章小结
• 第5章 水下气泡载荷作用下双体船动态响应特性研究
• 5.1 引言
• 5.2 工况设置
• 5.3 炸药药量对双体船响应的影响特性
• 5.4 爆炸水深对双体船响应的影响特性
• 5.5 攻角对双体船响应的影响特性
• 5.6 爆炸点沿船长的分布对双体船响应的影响特性
• 5.6.1 爆炸点位于船艏L/4处
• 5.6.2 爆炸点位于船艉L/4处
• 5.6.3 爆炸点位于船艏艉端
• 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