水下爆炸载荷作用下的船体总强度计算方法研究

发布时间：2017-03-31 16:09

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【摘要】：本文考虑舰船在实际海况中航行遭受非接触水下爆炸载荷作用，考虑了气泡脉动载荷和波浪载荷相互作用下对船体总体响应的影响，本研究旨在研究包括静水弯矩和波浪弯矩以及气泡脉动压力等在内的外载荷作用下的水面舰船船体的总强度问题。 首先，应用声固耦合法对舰船几种典型的水下爆炸模型进行了计算和分析，总结和分析了采用声固耦合法进行水下爆炸数值模拟分析时应注意的方法和技巧，并把计算结果与实测数据进行比较分析。 其次，在研究将舰船的总纵弯曲时，本文将各站所受外力转化成节点力施加到船体上，，通过比较有限元的计算结果和理论解，表明只要施加合理的边界条件，本文所采用的方法在工程领域中是可用的。 第三，数值模拟舰船受爆炸载荷作用的整个过程，通过大量的计算，分析和总结了药包在舰船附近以不同位置、不同深度、不同装药量爆炸时气泡脉动载荷对船体总纵强度的影响，得出了一些有规律性的曲线；并总结出水下爆炸载荷作用下船体总强度的校核方法。 第四，对水面舰船的湿模态进行数值计算，在计算水面舰船的湿模态时，计及舰船周围流场的影响，本文应用耦合法求解舰船的湿模态，并与传统方法比较分析，分析表明：耦合法求解水面舰船的湿模态是有效的，可行的。 第五，研究了波浪载荷与水下非接触爆炸载荷联合作用下的水面舰艇舰体结构冲击安全性评估计算方法，包括确定总强度校核方法、安全半径、破坏半径的判断标准及计算方法；并校核了典型工况下气泡脉动载荷以及气泡脉动载荷和波浪载荷联合作用下船体的总纵强度，计算结果表明：校核舰船船体在气泡脉动载荷作用下的总纵强度的同时必须计入波浪载荷的影响。
【关键词】：水下爆炸 气泡脉动 波浪 总强度 湿模态 声固耦合法
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U661.4
【目录】：

• 第1章 绪论11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 水下爆炸气泡脉动研究概述12-16
• 1.2.1 理论研究12-13
• 1.2.2 数值研究13-14
• 1.2.3 试验研究14-16
• 1.3 爆炸载荷作用下的船体破坏形式16-20
• 1.3.1 水中非接触爆炸对舰船的破坏作用16-19
• 1.3.1.1 对舰体的直接冲击波损伤17
• 1.3.1.2 对技术装备的冲击振动损伤17-18
• 1.3.1.3 对人员的冲击18-19
• 1.3.2 爆炸载荷作用下的船体响应19-20
• 1.4 论文的主要研究内容20-22
• 第2章 声固耦合方法在舰船水下爆炸中的应用22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 水下爆炸载荷的特点22-24
• 2.3 有限元程序之间的接口24
• 2.4 声固耦合法模拟原理24-26
• 2.4.1 声学载荷24-26
• 2.4.2 声学单元26
• 2.4.3 边界条件26
• 2.5 舰船水下爆炸模拟26-38
• 2.5.1 水面舰船水下爆炸数值模拟26-34
• 2.5.1.1 舷外流场大小与增加的附加质量的关系27-28
• 2.5.1.2 网格划分对有限元分析的影响28-29
• 2.5.1.3 冲击载荷计算29-31
• 2.5.1.4 数值模拟结果31-34
• 2.5.2 水下潜艇爆炸数值模拟34-38
• 2.5.2.1 模拟进水面潜艇爆炸时的处理方法34-36
• 2.5.2.2 模拟深水潜艇爆炸时的处理方法36-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第3章 舰船在波浪载荷作用下的加载方式研究39-60
• 3.1 引言39
• 3.2 波浪载荷的求解39-55
• 3.2.1 传统的静波浪剪力和弯矩的计算方法39-44
• 3.2.1.1 船体梁的受力和变形特征39-42
• 3.2.1.2 载荷、剪力、弯矩的基本公式和计算的一般步骤42-44
• 3.2.2 本研究所采取的方法44-55
• 3.2.2.1 计算状态的选取44-48
• 3.2.2.1 本舰船的重量分布48-49
• 3.2.2.1 浮力曲线49-55
• 3.3 施加边界条件及求解55
• 3.4 波浪弯矩作用下船体总纵强度评估55-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第4章 水下爆炸气泡脉动载荷作用下的舰船船体总体响应研究60-80
• 4.1 引言60-61
• 4.2 气泡脉动压力作用下的船体响应61-74
• 4.2.1 有限元模型61-63
• 4.2.2 船体材料63-64
• 4.2.3 舰船爆炸动响应研究中常用的材料模式64-66
• 4.2.4 单元的破损准则66-67
• 4.2.5 湿模态校核67-72
• 4.2.5.1 附连水法计算舰船的湿模态67-71
• 4.2.5.2 耦合法计算舰船湿模态71-72
• 4.2.6 静水中气泡脉动载荷作用下船体响应72-74
• 4.3 水下爆炸气泡脉动威力研究74-79
• 4.4 本章小结79-80
• 第5章 波浪载荷与水下爆炸载荷联合作用下的船体总强度研究80-104
• 5.1 引言80
• 5.2 显示有限元方法80-84
• 5.2.1 显式时间积分81-82
• 5.2.2 显式方法的条件稳定性82
• 5.2.3 稳定性限制82-83
• 5.2.4 显式时间积分方法的优越性83-84
• 5.3 显式有限元法求解静力问题84-88
• 5.3.1 粘性压力84-85
• 5.3.2 材料阻尼85
• 5.3.3 阻尼对平衡的影响85-88
• 5.4 波浪载荷与爆炸载荷联合作用下的船体响应计算方法88-92
• 5.4.1 波浪中的流场模型89-90
• 5.4.2 波浪载荷与气泡载荷联合作用下的舰船响应90-92
• 5.5 爆炸载荷与波浪载荷联合作用下船体总纵强度评估92-99
• 5.5.1 工况的选取93-94
• 5.5.2 无气泡工况的船体总强度评估94-96
• 5.5.3 气泡脉动工况的船体总强度评估96-99
• 5.6 水面舰船安全半径确定方法99-103
• 5.7 本章小结103-104
• 结论104-106
• 参考文献106-109
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文109-110
• 致谢110

【引证文献】

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本文编号：279812