空中爆炸载荷下箱型梁防护结构研究
本文关键词：空中爆炸载荷下箱型梁防护结构研究
【摘要】：在现代海战中舰船容易遭到各种反舰武器的攻击。当爆炸发生在强力甲板上方时,冲击波对结构的破坏可能极大地削弱船体抵抗总纵弯矩的能力,严重威胁舰船的“之后”生命力。箱型梁作为一种新型防护结构,旨在提升船体在破损后的生命力,并已在实船上得到应用。本文使用数值计算的方法研究箱型梁结构在空中非接触式爆炸载荷作用下,提升船体剩余极限强度的作用机理。选取非线性有限元软件ABAQUS中的ConWep算法模拟强力甲板受到的爆炸载荷,并利用准静态加载法评估破损舱段的剩余极限强度。通过修改数值仿真中的参数,分析了爆炸引起的结构残余应力和材料失效定义对剩余极限强度的影响。对比箱型梁结构与普通结构在各种装药工况下的中横剖面变形和剩余极限强度因子,探讨箱型梁结构的抗爆机理。最后通过研究不同板厚分配对抗爆性能的影响,为箱型梁结构优化设计提供参考。研究得到主要结论如下:1.空爆载荷下结构大变形是影响剩余极限强度的主要因素;爆炸引起的残余应力对破损船体的剩余极限强度影响不大;当材料破断应变高于0.08时,材料失效定义对极限承载能力计算结果的影响可以忽略不计;2.对于等重量的普通结构和箱型梁结构设计,完整状态下的极限强度基本一致,但是箱型梁结构对于提升破损船体的剩余极限强度有显著的作用;3.箱型梁结构通过减小强力甲板板架的变形提高剩余极限强度:中部箱型梁可视为强力甲板的弹性支座,减小其跨中垂向位移;舷侧箱型梁缩短了强力甲板的横向跨距,提升了舷侧板架的整体刚度,显著减小舷侧以及下层甲板的变形;4.从强力甲板横截面分出更多的截面积用于加强箱型梁结构有利于提高整体抗爆性能;适当减弱舷侧箱型梁的板厚用于加强中部箱型梁结构,可以限制强力甲板在舷侧爆炸工况的变形范围,提升结构抗爆性能。
【关键词】：防护结构 箱型梁 空中爆炸 剩余极限强度
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.43;U674.703
【目录】：
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-10
- 第一章 绪论10-18
- 1.1 研究背景及意义10-12
- 1.2 国内外研究现状12-17
- 1.2.1 空中非接触式爆炸效应研究12-13
- 1.2.2 爆炸载荷作用下船体结构响应研究13-14
- 1.2.3 船体结构极限强度研究14-16
- 1.2.4 新型防护结构设计研究16-17
- 1.3 本文主要研究内容17-18
- 第二章 空中非接触式爆炸冲击波的数值模拟18-31
- 2.1 引言18
- 2.2 空中爆炸冲击波的形成与传播18-25
- 2.2.1 空气冲击波流体动力学方程19-21
- 2.2.2 空中爆炸冲击波的参数和描述21-24
- 2.2.3 结构物对冲击波的反射作用24-25
- 2.3 爆炸载荷模拟的数值计算方法25-30
- 2.3.1 流固耦合算法25-28
- 2.3.2 Con Wep算法28-29
- 2.3.3 算例对比29-30
- 2.4 本章小结30-31
- 第三章 剩余极限强度计算方法31-37
- 3.1 引言31
- 3.2 剩余极限强度定义31-33
- 3.3 极限强度非线性有限元法计算33-36
- 3.3.1 非线性有限元方法介绍33-35
- 3.3.2 非线性有限元方法对比35-36
- 3.4 本章小结36-37
- 第四章 舱段在空中非接触式爆炸下的响应37-50
- 4.1 引言37-38
- 4.2 数值分析计算模型38-40
- 4.2.1 三舱段有限元模型38-39
- 4.2.2 材料模型39-40
- 4.2.3 边界条件与装药工况40
- 4.3 数值分析计算方法40-44
- 4.3.1 舱段在爆炸载荷下的动力响应分析41-43
- 4.3.2 破损舱段剩余极限强度计算43-44
- 4.4 表征结构整体破坏的冲击因子44-49
- 4.4.1 传统冲击因子定义44-46
- 4.4.2 基于能量的新型冲击因子46-49
- 4.5 本章小结49-50
- 第五章 箱型梁抗爆机理研究50-60
- 5.1 引言50
- 5.2 影响剩余极限强度的主要因素50-54
- 5.2.1 残余应力50-52
- 5.2.2 材料失效定义52-54
- 5.3 箱型梁提升船体极限承载能力的作用机理54-59
- 5.3.1 完整状态极限承载能力54-55
- 5.3.2 破损状态极限承载能力55-59
- 5.4 本章小结59-60
- 第六章 板厚分配对箱型梁抗爆性能的影响60-75
- 6.1 引言60
- 6.2 箱型梁与甲板之间的板厚分配60-68
- 6.2.1 板厚分配方案60-62
- 6.2.2 完整状态极限承载能力62-63
- 6.2.3 剩余极限强度计算结果63-68
- 6.3 中部箱型梁与舷侧箱型梁之间的板厚分配68-73
- 6.3.1 板厚分配方案68-69
- 6.3.2 完整状态极限承载能力69-70
- 6.3.3 剩余极限强度计算结果70-73
- 6.4 本章小结73-75
- 第七章 总结与展望75-78
- 7.1 主要研究内容总结75-76
- 7.2 进一步研究工作展望76-78
- 参考文献78-83
- 致谢83-84
- 攻读学位期间发表的学术论文84-86
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3 黄e，
本文编号：813029
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