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侵彻载荷作用下双层舱壁结构响应预报方法研究

发布时间:2018-08-27 19:31
【摘要】:在现代海战中,舰船必然会面临反舰导弹爆炸引起的高速破片侵彻毁伤问题,而舰船的横舱壁结构是舰船主要抗侵彻防护结构[1],关系到舰船弹药舱、补给舱等重要部位的安全。双层舱壁结构作为一种新型舱壁结构型式,因其优秀的抗侵彻性能逐渐被现代舰船所采用。进行双层舱壁结构抗侵彻问题仿真预报研究,并提出一种快速简便、准确可靠的响应预报方法,对保证舰船的安全和正常使用,提高舰船生命力和战斗力有着重要的现实意义和军用价值。本文主要研究双层舱壁结构在高速破片侵彻载荷作用下的响应预报方法。文章首先研究侵彻理论和数值仿真方法,并将破片侵彻单层靶板的仿真计算结果与经验公式作比较,验证了数值方法的可靠性;运用MSC/DYTRAN软件,对破片侵彻波纹夹芯双层舱壁结构的过程进行数值模拟研究,分析了破片侵彻双层舱壁结构动态响应过程,在此基础上研究舱壁动态响应结果对不同侵彻载荷参数的敏感性;通过理论分析并结合数值仿真,对破片侵彻单层靶板经验公式进行参数修正,获得破片侵彻双层舱壁结构剩余速度及舱壁吸能的响应预报公式;分别从不同破片初速度和破片质量入手,进行有限元仿真计算,比较仿真计算结果与预报公式计算结果的吻合度,由此来验证响应预报方法的可靠性。本文的主要研究工作如下:(1)侵彻理论及数值仿真方法研究。综述了弹靶的分类及破坏模式和经典侵彻理论分析模型,介绍了基于MSC/DYTRAN软件的数值方法在解决侵彻问题时的基本理论和分析方法。最后以破片侵彻单层靶板为例,进行数值仿真获得了在不同破片初速度下破片剩余速度,并与经验公式结果作对比,验证了数值方法的可行性。(2)侵彻载荷参数敏感性分析。在高速破片侵彻波纹夹芯双层舱壁结构的数值模拟研究基础上,以破片形状、初始速度、质量、攻角和材料屈服应力参数为研究目标,研究双层舱壁动态响应结果对这些不同侵彻载荷参数的敏感性,最终选出其中较为典型或对侵彻响应影响较大的载荷参数,为后续响应预报方法研究奠定基础。(3)侵彻载荷作用下双层舱壁结构响应预报研究。对破片侵彻单层体单元靶板的过程进行数值模拟研究,并根据数值计算结果统计出破片侵彻靶板后的直径和靶板冲塞块厚度,从而建立破片墩粗率和靶板冲塞比随破片直径和靶板厚度变化的关系式;基于破片侵彻单层靶板剩余速度和吸能经验公式,结合数值仿真结果对公式进行参数修正,提出了破片侵彻双层舱壁结构后剩余速度和舱壁吸能预报公式。(4)破片侵彻双层舱壁结构响应预报方法验证。分别从不同破片初速度和破片质量入手,以破片墩粗率、破片剩余速度以及舱壁结构吸能为研究目标,进行有限元仿真计算,对比预报公式计算结果与数值仿真的吻合度,借此验证本文提出的响应预报方法的可靠性。
[Abstract]:In modern naval warfare, warships are bound to be confronted with the problem of high speed fragment penetration and damage caused by the explosion of anti-ship missiles. The transverse bulkhead structure is the main anti-penetration protection structure [1], which is related to the safety of important parts such as ammunition cabin and supply tank of warship. As a new type of bulkhead structure, double-layer bulkhead structure is gradually adopted by modern ships because of its excellent penetration resistance. In this paper, the anti-penetration problem of double-layer bulkhead structure is simulated and forecasted, and a fast, simple, accurate and reliable response prediction method is proposed to ensure the safety and normal use of the ship. Improving ship vitality and combat effectiveness has important practical significance and military value. In this paper, the response prediction method of double-layer bulkhead structure under high velocity fragment penetration load is studied. This paper first studies the penetration theory and numerical simulation method, and compares the simulation results with the empirical formula to verify the reliability of the numerical method. The numerical simulation of the process of the double layer bulkhead structure is carried out, and the dynamic response process of the double layer bulkhead structure is analyzed. The sensitivity of the dynamic response of the bulkhead to different penetration load parameters is studied based on the analysis of the dynamic response process of the double layer bulkhead structure. Through theoretical analysis and numerical simulation, the parameters of empirical formula of fragment penetration into single layer target plate are modified, and the prediction formulas of residual velocity and energy absorption of bulkhead structure are obtained. Starting with different initial velocity and mass of fragments, finite element simulation is carried out to compare the results of simulation with those of prediction formula, which verifies the reliability of the response prediction method. The main work of this paper is as follows: (1) the penetration theory and numerical simulation method. In this paper, the classification and failure mode of projectile and the analysis model of classical penetration theory are summarized. The basic theory and analysis method of numerical method based on MSC/DYTRAN software in solving penetration problem are introduced. Finally, the residual velocity of the fragment at different initial velocities of fragments is obtained by numerical simulation, and the feasibility of the numerical method is verified by comparing the results with the empirical formula. (2) sensitivity analysis of penetration load parameters. Based on the numerical simulation of the double-layer bulkhead structure with high velocity fragments penetrating the corrugated core, the object of the study is the shape, initial velocity, mass, angle of attack and the yield stress parameters of the material. The sensitivity of the dynamic response results of double-layer bulkheads to these different penetration load parameters is studied, and the load parameters which are more typical or have a greater impact on the penetration response are finally selected. It lays a foundation for further study of response prediction method. (3) Research on response prediction of double-layer bulkhead structure under penetration load. The numerical simulation of the process of the fragment penetrating into the monolayer element target plate is carried out, and the diameter of the fragment penetrating the target plate and the thickness of the target plate slug block are calculated according to the results of the numerical calculation. Based on the empirical formula of residual velocity and energy absorption of fragment penetrating monolayer target plate, the formula is modified based on the results of numerical simulation, based on the relationship between the thickness and the diameter of the fragment pier and the ratio of flushing plug of the target plate to the thickness of the target plate, and based on the empirical formula of residual velocity and energy absorption of the fragment penetrating into the single-layer target plate, A prediction formula of residual velocity and energy absorption after a fragment penetration into a double-layer bulkhead structure is presented. (4) the prediction method of the response of a fragment penetrating a double-layer bulkhead structure is verified. Starting with different initial velocity and mass of fragments, taking the coarse ratio of fragment pier, residual velocity of fragment and energy absorption of bulkhead structure as the research objectives, the finite element simulation calculation is carried out, and the results of prediction formula are compared with that of numerical simulation. The reliability of the proposed response prediction method is verified.
【学位授予单位】:江苏科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U674.70

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本文编号:2208226

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