舰船结构水下近场爆炸响应及剩余极限强度可靠性研究

发布时间：2017-08-26 02:39

  本文关键词：舰船结构水下近场爆炸响应及剩余极限强度可靠性研究

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【摘要】：现代舰船受到水下近距离攻击的风险日益增加，为提高战斗能力，新的结构形式以及大尺度舰船不断发展。水下近场爆炸过程载荷变化复杂，为能有效提高舰船的防护能力，水下近场爆炸载荷以及新型结构形式抗爆能力的研究日益迫切。 舰船水下近场爆炸过程主要涉及冲击波载荷和气泡射流载荷。在之前的水下近场爆炸研究过程中，对气泡射流载荷的考虑较少。气泡射流冲击在近场爆炸中是不可忽视的一部分。现阶段近场爆炸的数值模拟一般是单独考虑冲击波载荷和射流载荷，，分开进行流固耦合模拟，然后将两部分的计算结果进行叠加，难以真实反映结构最终的响应结果。本文采用边界元法对气泡近壁脉动情况进行数值模拟，得到气泡射流载荷参数。根据能量法则将复杂射流载荷简化为可以简单施加的等效射流力。开发MSC.DYTRAN子程序，在完成冲击波模拟后通过调用子程序，实现射流载荷的同步添加，完成水下近场爆炸冲击波-射流载荷联合作用的数值分析过程。传统舰船舷侧一般采用单层壳体结构，本文对比分析了Y型和I型双层舷侧结构在不同爆距下的动态响应，指出Y型双层壳体结构的抗爆能力在相同情况下要优于I型双层结构和单层壳体结构。 对于破损后的舰船，剩余极限强度是考量其生存能力的重要指标。本文采用非线性有限元法，充分考虑爆炸载荷造成的船体结构大变形的影响，对损伤舰船进行剩余极限强度分析，将爆炸冲击数值仿真和剩余极限强度的计算形成一个连续的过程。舰船损伤后，在等待救援或者自救阶段，由于波浪载荷、静水载荷以及船舶本身剩余强度的不确定性，需要基于可靠性的方法对破损后的舰船进行剩余强度的进行研究。本文采用改进一阶二次矩法对破损舰船结构的剩余强度可靠性进行计算，通过与目标可靠指标的比较，证明Y型双层壳体结构具有优良的抗爆能力，同时本文采用的破损舰船剩余强度可靠性计算方法具有一定的工程实际意义。
【关键词】：水下近场爆炸 冲击波 射流 剩余强度 可靠性
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.70
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目录10-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 研究目的与意义13-14
• 1.2 水下近场爆炸载荷研究概况14-17
• 1.2.1 水下近场爆炸14-15
• 1.2.2 冲击波载荷15
• 1.2.3 气泡载荷15-17
• 1.3 舰船剩余强度可靠性研究概况17-20
• 1.3.1 舰船剩余强度分析17-19
• 1.3.2 舰船剩余强度可靠性方法分析19-20
• 1.4 本文主要工作20-22
• 第二章 爆炸载荷计算方法22-40
• 2.1 水下近场爆炸流固耦合方法22-28
• 2.1.1 欧拉有限体积法22-24
• 2.1.2 拉格朗日求解器24-25
• 2.1.3 流固耦合算法原理25-28
• 2.1.4 接触算法基本原理28
• 2.2 气泡射流载荷数值模拟28-36
• 2.2.1 气泡初始条件29-31
• 2.2.2 边界元法31-32
• 2.2.3 气泡轴对称模型32-35
• 2.2.4 计算流程35-36
• 2.3 近壁气泡射流参数36-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 水下近场爆炸舷侧结构动态响应40-62
• 3.1 双层壳体舰船结构有限元模型40-43
• 3.1.1 舰船结构计算模型40-42
• 3.1.2 材料模型42-43
• 3.2 舰船结构在冲击波作用下的动态响应43-50
• 3.2.1 冲击波载荷流固耦合模型43-44
• 3.2.2 冲击波数值模拟结果与经验公式对比44-47
• 3.2.3 计算结果分析47-50
• 3.3 气泡射流载荷作用下结构动态响应分析50-53
• 3.3.1 射流作用流固耦合模型50-51
• 3.3.2 结构动态响应分析51-53
• 3.4 冲击波-射流全过程流固耦合模拟53-60
• 3.4.1 等效射流载荷的确定53-57
• 3.4.2 完整流固耦合结构动态响应57-60
• 3.5 爆点位置对结构动态响应的影响60-61
• 3.6 本章小结61-62
• 第四章 破损结构的剩余强度分析62-77
• 4.1 剩余强度研究方法及统计特性计算62-64
• 4.1.1 剩余强度计算方法62-64
• 4.1.2 Rosenblueth 法计算统计特性64
• 4.2 完整舱段结构极限强度计算64-70
• 4.2.1 极限强度计算模型65-67
• 4.2.2 极限强度计算结果及统计特性67-70
• 4.3 破损结构剩余强度计算70-76
• 4.3.1 剩余强度计算模型70-72
• 4.3.2 剩余强度计算结果72-76
• 4.4 结构毁伤对极限强度的影响76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 基于可靠性的剩余强度分析77-91
• 5.1 可靠性计算方法77-79
• 5.2 舰船波浪载荷计算79-84
• 5.2.1 波浪载荷的计算方法79-80
• 5.2.2 舰船波浪载荷统计参数80-84
• 5.3 舰船静水载荷计算84-86
• 5.3.1 静水载荷计算方法84-85
• 5.3.2 舰船静水载荷计算结果85-86
• 5.4 剩余强度可靠性分析86-90
• 5.4.1 舰船剩余强度可靠性计算86-89
• 5.4.2 可靠性计算结果89-90
• 5.5 本章小结90-91
• 第六章 总结与展望91-93
• 6.1 本文研究工作总结91-92
• 6.2 工作展望92-93
• 参考文献93-99
• 致谢99-101
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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中国博士学位论文全文数据库 前2条

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2 张婧;舰船结构在爆炸作用下的非线性响应及可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

本文编号：739203