船体板在脉冲载荷下的饱和冲量研究

发布时间：2020-07-07 04:03

【摘要】：目前的船舶规范中,通常仅以最大载荷和脉冲的总冲量来进行脉冲载荷下的船体板设计。但是“饱和冲量”的研究表明,总冲量中其实只有达到饱和前的那一部分冲量对最终的大变形有影响,由此在各种情形下确定“饱和冲量”,预测船板大变形就更合理,更准确。本文通过发展船体板在脉冲载荷下的塑性动力响应问题的刚塑性理论分析法和弹塑性数值方法,研究饱和冲量现象及其物理机理。主要内容如下:(1)船体板在脉冲载荷下的动力响应的刚塑性、弹塑性分析方法。通过对实际材料特性的简化,刚塑性分析方法能得到较为简单的解析解或半解析解,彰显出明确的力学特性和物理意义。但计及实际材料的复杂特性时,需要采用弹塑性分析方法,例如运用有限元软件的数值模拟方法。本论文通过对比理论分析方法和弹塑性方法,综合两类方法对实际问题进行分析,从而充分发挥二者的长处。(2)边界条件、脉冲形状、塑性移行铰线对船体板饱和冲量现象的影响。本论文建立具有7种不同边界条件、受到5种不同形状的脉冲载荷作用的船体板物理模型,研究边界条件、脉冲形状和塑性移行铰线对船体板饱和冲量的影响,并探索其造成影响的物理机理。(3)将各种形状的脉冲载荷转化为等效矩形脉冲载荷的方法。基于饱和冲量现象,提出一种将形状复杂的脉冲转换为等效的矩形脉冲的方法,并通过刚塑性理论方法和弹塑性仿真方法检验等效效果,同时与目前工业界广泛使用的经验等效方法相对比,揭示等效方法的物理机理。(4)基于饱和冲量现象的船体板在脉冲载荷作用下的拉伸失效P-I图。根据爆炸载荷经验公式和开展的平板砰击实验,将工况和结构响应联系起来,绘制可用于船体板抗冲击设计的拉伸失效P-I图。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661
【图文】：

武汉理工大学硕士学位论文第 1 章 绪论究背景和意义与海洋结构物在营运过程中经常遭遇脉冲载荷的作用，例如往对其生命力造成严重的损害。水面舰艇在战争环境中可能遭受导弹等各种反舰武器的攻击爆炸最主要的爆炸载荷，可导致舰船结构的大塑性变形（参见设备大范围的破坏。在结构响应的学术研究和相关的规范设波爆炸载荷简化为速度脉冲载荷（Impulsive loading）或者脉

图 1-2 海洋平台结构遭遇砰击载荷洋结构物在脉冲载荷下的塑性动力响应是船舶抗爆抗冲要的工程和学术意义。同时提高结构物的抗冲击性能对济发展和应对世界竞争具有十分重要的战略意义。作为工程中最简单、最常见的结构元件，不仅在理论分实验上也较易实现；另一方面，由于板的动力响应现象荷下响应过程的丰富内容，因此板的塑性动力响应的研意义和工程应用价值。设计规范中，通常船体板结构可能承受的强动载荷仅以总冲量来表征，忽略脉冲形状对结构响应造成的影响，的响应做出贡献。但是“饱和冲量”的研究表明，基于计是不准确的，总冲量中其实只有达到饱和前的那一部有影响，由此在各种情形下确定“饱和冲量”， 预测船更准确。且研究“饱和冲量”的机理，有助于了解脉冲

1.4 本文研究思路本论文采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法，基于经典的刚塑性模态分析方法，针对具体的研究对象建立简化物理模型，如受矩形脉冲载荷作用的各种边界条件的船体板、受线性衰减脉冲载荷作用的船体板、受指数衰减脉冲作用的船体板、受三角形脉冲作用的船体板，从而分析边界条件、脉冲形状对饱和冲量现象的影响及其机理。对比刚塑性预测与通过有限元软件计算的弹塑性结构的响应之间的差异，分析造成差异的原因，并给出有物理意义的弹塑性船体板抗冲击设计公式。通过刚塑性瞬态分析方法分析移行铰线对线性上升指数衰减脉冲载荷作用下固支方板的动力响应的影响。综合模态分析和瞬态分析对脉冲形状的研究结果，提出一种基于饱和冲量的等效方法，将形状复杂的脉冲转换为较易求解的矩形脉冲载荷，分别用弹塑性模型和刚塑性模型检验饱和等效方法的适用性。结合饱和冲量现象、饱和等效方法，预测船体板在爆炸载荷和砰击载荷下的响应，并绘制拉伸失效 P-I 图。综合以上所有分析，提出一套科学准确的基于饱和冲量的船体板塑性动力响应分析方法。

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本文编号：2744621