水下爆炸冲击波对船体结构的损伤研究

论文摘要

舰船在进行海战过程中,常常会遭到敌方反舰武器的攻击,使船体结构发生损伤,轻则变形,重则破裂。与潜艇相比,水面船更容易成为攻击的目标,因此为了提高水面船的战斗力,提高其抗爆能力是一个有效的途径。众所周知,炸药在水下爆炸和在空气中爆炸度对结构的破坏是效果是不同的。炸药在水中爆炸能够产生冲击波,冲击波作用时间短,但压力极大,往往能够使舰船产生严重变形甚至破裂。所以研究船舶在冲击波作用下的响应对提高舰船的抗爆能了具有重要意义。本文就是在这样的背景下,使用有限元软件ABAQUS对某船进行了数值模拟计算,并与相关试验数据进行对照,计算结果较好。本文首先对水下爆炸的现象进行了学习研究,并了解了冲击波的物理特性,在此基础上,利用经验计算公式,对水下爆炸产生的压力载荷进行了编程计算计算出了对某船数值模拟所要的冲击波载荷数据。其次学习并掌握了ABAQUS计算水下爆炸的技术,对一圆柱壳进行了水下爆炸冲击波载荷作用的响应分析,进行了空壳与注满水两种工况下的响应,结果表明,注入的水增强了圆柱壳在水下爆炸中响应。最后,参阅某船的相关图纸,利用ANSYS软件和HYPERMESH软件建立了其几何模型并划分了网格,通过ABAQUS软件计算了该船的自然频率,验证了所建立的有限元模型较好能够很好的模拟实船的质量、刚度等特征量,最后对该船进行了数值分析,结果与实验值拟和较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外已取得成果与现状
• 1.2.1 非接触水下爆炸载荷以及传递研究概述
• 1.2.2 非接触水下爆炸作用下的动响应概述
• 1.2.3 非接触水下爆炸流固耦合动力学概述
• 1.2.4 非接触水下爆炸数值计算研究概述
• 1.3 本文的研究方法及内容
• 2 水下爆炸基本理论
• 2.1 水下爆炸的现象特点
• 2.2 水下爆炸冲击载荷的计算
• 2.3 气泡的运动及产生的压力
• 2.4 自由表面和底部的影响
• 2.5 经验公式的算例
• 2.6 本章小结
• 3 ABAQUS软件介绍及其在水下爆炸方面的处理能力
• 3.1 ABAQUS软件简介
• 3.2 ABAQUS软件计算水下爆炸问题的理论基础
• 3.2.1 水介质的基本方程
• 3.2.2 离散化的流-固耦合方程
• 3.2.3 爆炸载荷的处理
• 3.3 本章小结
• 4 水下爆炸冲击波作用下圆柱壳注水与否的动态响应研究
• 4.1 无水圆柱壳的水下爆炸响应
• 4.1.1 有限元模型
• 4.1.2 计算结果与分析
• 4.2 注满水圆柱壳的水下爆炸响应
• 4.2.1 有限元模型
• 4.2.2 计算结果与分析
• 4.3 结果比较
• 4.4 本章小结
• 5 水下爆炸冲击波对舰船结构的损伤研究
• 5.1 计算模型简介
• 5.2 船舶频率计算
• 5.2.1 频率分析基本理论
• 5.2.2 频率计算结果
• 5.3 船舶水下爆炸响应分析
• 5.3.1 船体的加速度响应
• 5.3.2 船体的应力响应
• 5.3.3 船体的位移响应
• 5.3.4 船体的速度响应
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢