破片侵彻作用下新型舱壁结构型式及动态响应研究

发布时间：2017-09-11 02:00

  本文关键词：破片侵彻作用下新型舱壁结构型式及动态响应研究

  更多相关文章： 侵彻 数值仿真 高速破片 新型舱壁结构

【摘要】：水面舰艇是海上攻防体系的主要平台，舰船舱室则是舰艇战斗力及生命力的有效保障。作为舰船所面临的最大威胁，反舰武器对水面舰艇的攻击方式主要有两种：外部爆炸和内部爆炸。外部爆炸可造成舰体结构的变形、破损；内部爆炸则是钻入目标内部后爆炸，其爆炸后产生的冲击波与高速破片可以对结构内部人员及设备造成严重毁伤。作为防御高速破片的主要屏障，提高舰船舱壁结构的抗侵彻性能对提高大型水面舰艇的生命力有着十分重要的意义。 基于对高速破片侵彻载荷工况的研究，本文运用瞬态动力学有限元分析软件，对传统加筋舱壁结构、U型夹芯舱壁结构以及新型蜂窝夹芯舱壁结构进行了高速破片侵彻作用下的数值仿真计算；在新型蜂窝夹芯结构的基础上，保持靶板质量相同，改变蜂窝胞单元层数，，设计9种计算工况；保持靶板质量相同、蜂窝胞单元层数一定，改变上下面板与蜂窝胞壁的厚度比，设计12种计算工况；保持靶板上下面板厚度相同，改变蜂窝胞单元层数以及蜂窝胞壁的厚度，设计11种计算工况。对上述工况进行数值仿真计算，研究不同工况下舱壁结构的动态响应和吸能特性。 本文开展工作如下： （1）抗侵彻问题的研究方法及现状。具体研究了提高舰船舱壁结构抗侵彻性能的重要性、抗侵彻问题的研究方法、抗侵彻问题的研究现状、抗侵彻防护装甲材料的研究现状，以及抗侵彻防护装甲结构的研究现状；分析了本文所设计的新型蜂窝夹芯舱壁结构的设计思路、蜂窝夹芯结构的性能、用途以及研究现状。 （2）侵彻数值仿真的关键技术。归纳总结了侵彻数值仿真的关键技术，具体包括：有限元方法的发展、有限元方法在侵彻问题中的应用、非线性有限元控制方程、显示积分求解法、影响数值仿真结果的因素讨论，以及瞬态动力学有限元分析软件MSC/DYTRAN的简单介绍等。 （3）不同结构型式舱壁的抗侵彻性能研究。对传统加筋结构靶板、U型夹芯结构靶板以及新型蜂窝夹芯结构靶板进行了高速破片侵彻作用下的数值仿真计算，并通过对计算结果进行对比分析，得出：新型蜂窝夹芯结构抗侵彻性能较优的结论。 （4）新型蜂窝夹芯舱壁结构不同蜂窝胞单元层数对靶板抗侵彻性能影响的有限元研究。在保证靶板材料、尺寸、质量等因素不变的前提下，对蜂窝胞单元取一层、两层、三层及四层时，高速破片侵彻作用下的新型蜂窝夹芯舱壁结构进行数值仿真计算，并通过对计算结果进行对比分析，得出：当蜂窝胞单元层数为两层时，新型蜂窝夹芯舱壁结构的抗侵彻性能较优这一结论。 （5）新型蜂窝夹芯舱壁结构上下面板与蜂窝胞壁厚度比不同对靶板抗侵彻性能影响的有限元研究。在保证靶板材料、尺寸和质量等因素不变的前提下，改变具有两层蜂窝胞单元的新型蜂窝夹芯舱壁结构上面板、蜂窝胞壁、下面板的厚度比，并对厚度比分别取3:1:3、2:1:2、1:1:1、1:2:1以及1:3:1的新型蜂窝夹芯舱壁结构进行高速破片侵彻作用下的数值仿真计算，并通过对计算结果进行对比分析，得出：当上面板、蜂窝胞壁、下面板厚度比取2:1:2时，新型蜂窝夹芯舱壁结构的抗侵彻性能较优这一结论。 （6）新型蜂窝夹芯舱壁结构单位质量吸能的有限元研究。在保证靶板材料、尺寸、上下面板厚度相同的情况下，改变蜂窝胞单元层数以及蜂窝胞壁的厚度，设计11种计算工况，并对其进行高速破片侵彻作用下的数值仿真研究，通过对计算结果进行对比分析，得出：当蜂窝胞单元层数取两层，靶板上下面板厚度为4mm，蜂窝胞壁厚度为2mm时，新型蜂窝夹芯舱壁结构的单位质量吸能较大。
【关键词】：侵彻 数值仿真 高速破片 新型舱壁结构
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.703.1
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第1章 绪论14-28
• 1.1 本论文研究的意义和目的14-15
• 1.2 抗侵彻问题的研究方法15-16
• 1.3 抗侵彻问题的研究现状16-20
• 1.3.1 试验研究16-18
• 1.3.2 理论分析18-19
• 1.3.3 数值仿真19-20
• 1.4 抗侵彻防护装甲的研究现状20-22
• 1.4.1 装甲材料20-21
• 1.4.2 装甲结构21-22
• 1.5 新型蜂窝夹芯结构概述22-26
• 1.5.1 蜂窝夹芯结构的性能及用途22-23
• 1.5.2 新型蜂窝夹芯结构概述23-26
• 1.6 本论文的主要工作26-28
• 第2章 侵彻数值仿真的关键技术28-40
• 2.1 有限元方法的发展28-31
• 2.2 有限元方法在侵彻问题中的应用31
• 2.3 非线性有限元控制方程31-34
• 2.4 显式有限元求解法34-35
• 2.5 影响数值仿真结果的因素讨论35-38
• 2.5.1 结构的简化35-36
• 2.5.2 网格的划分36
• 2.5.3 接触的定义36
• 2.5.4 本构模型的定义36-38
• 2.6 MSC/DYTRAN 简介38-39
• 2.6.1 MSC/DYTRAN 及其由来38
• 2.6.2 MSC/DYTRAN 的特点和主要分析功能38-39
• 2.7 本章小结39-40
• 第3章 不同结构型式舱壁的抗侵彻性能研究40-54
• 3.1 引言40
• 3.2 有限元模型40-45
• 3.2.1 弹体尺寸的确定40-41
• 3.2.2 传统加筋结构靶板尺寸的确定41-42
• 3.2.3 U 型夹芯结构靶板尺寸的确定42-44
• 3.2.4 新型蜂窝夹芯结构靶板尺寸的确定44-45
• 3.3 材料模型45-46
• 3.4 材料参数46
• 3.5 计算工况46-47
• 3.6 计算结果与分析47-52
• 3.6.1 传统加筋结构靶板的变形能分析47-48
• 3.6.2 U 型夹芯结构靶板的变形能分析48
• 3.6.3 新型蜂窝夹芯结构靶板的变形能分析48-51
• 3.6.4 破片的剩余动能分析51-52
• 3.7 抗侵彻性能研究结果总结52-53
• 3.8 本章小结53-54
• 第4章 新型蜂窝夹芯舱壁结构蜂窝胞单元层数有限元研究54-76
• 4.1 引言54
• 4.2 有限元模型54-57
• 4.2.1 弹体尺寸的确定54-55
• 4.2.2 靶板尺寸的确定55-57
• 4.3 材料模型57-58
• 4.4 材料参数58
• 4.5 计算工况58-60
• 4.6 计算结果与分析60-72
• 4.7 抗侵彻性能研究结果总结72-73
• 4.8 本章小结73-76
• 第5章 新型蜂窝夹芯舱壁结构内部厚度比有限元研究76-94
• 5.1 引言76
• 5.2 有限元模型76
• 5.2.1 弹体尺寸的确定76
• 5.2.2 靶板尺寸的确定76
• 5.3 材料模型76-77
• 5.4 材料参数77
• 5.5 计算工况77-78
• 5.6 计算结果与分析78-90
• 5.7 抗侵彻性能研究结果总结90-92
• 5.8 本章小结92-94
• 第6章 新型蜂窝夹芯舱壁结构单位质量吸能有限元研究94-104
• 6.1 引言94
• 6.2 有限元模型94
• 6.2.1 弹体尺寸的确定94
• 6.2.2 靶板尺寸的确定94
• 6.3 材料模型94-95
• 6.4 材料参数95
• 6.5 计算工况95-96
• 6.6 计算结果与分析96-102
• 6.8 本章小结102-104
• 总结与展望104-106
• 参考文献106-111
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与的项目111-112
• 致谢112

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄正祥,高森烈,李良威,陈惠武;小口径弹丸破片的测速方法研究[J];南京理工大学学报;2000年05期

2 李磊;冯顺山;董永香;;破片超高速作用机理及威力性能优化[J];弹箭与制导学报;2006年S2期

3 刘春美;冯顺山;张旭荣;;超高速破片对双层靶碰撞效应研究[J];中北大学学报(自然科学版);2007年06期

4 张建礼;罗兴柏;苟勇强;;平板破片的飞散速度及衰减规律[J];四川兵工学报;2008年06期

5 黄静;张庆明;李晋庆;肖川;宋浦;;可控离散杆式破片的破坏效应研究[J];弹箭与制导学报;2008年01期

6 张建礼;罗兴柏;石铁忠;;某型加弹丸爆炸破片设防安全距离研究[J];兵工自动化;2008年06期

7 蒋建伟;张谋;门建兵;;小口径榴弹自然破片形成过程的数值模拟[J];弹箭与制导学报;2009年01期

8 李韬;米双山;金卫同;;多种钢制破片侵彻性能的数值模拟研究[J];弹箭与制导学报;2009年01期

9 厉相宝;杨云川;倪庆杰;;预控破片形成过程的数值模拟与分析[J];沈阳理工大学学报;2009年01期

10 甄建伟;安振涛;陈玉成;任红伟;;弹丸破碎时壳体半径与破片大小和数目的关系仿真[J];弹箭与制导学报;2010年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王马法;李翔宇;林玉亮;卢芳云;;四种不同管状单枚破片发生器的仿真研究[A];第七届全国爆炸力学实验技术学会会议论文集[C];2012年

2 徐豫新;王树山;李梅;;破片对薄铝壳装药冲击起爆研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

3 钱立新;屈明;朱永清;温宇;;密集破片发生器[A];中国工程物理研究院科技年报（2001）[C];2001年

4 王齐鲁;洪建华;;高速破片穿靶过程的数值仿真研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（上）[C];2005年

5 李顺平;冯顺山;黄广炎;王超;;反应破片冲击燃爆临界条件及温度与活性材料配比的关系研究[A];第十届全国冲击动力学学术会议论文摘要集[C];2011年

6 王林;宫小泽;李晓辉;刘永付;;基于破片特性的破片初速计算方法[A];2012航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2012年

7 梁为民;张晓忠;梁仕发;周丰峻;;结构内爆炸破片与冲击波运动规律试验研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集（上册）[C];2009年

8 韩冰;;破片引爆带复合盖板炸药的数值模拟[A];中国工程物理研究院科技年报（2000）[C];2000年

9 谭多望;温殿英;张忠斌;于川;谢盘满;;球形破片长距离飞行速度衰减规律[A];中国工程物理研究院科技年报（2001）[C];2001年

10 杨志焕;王正国;周继红;;破片与冲击波复合伤的伤情特点、效应规律和防护研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（上）[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 何榉;挪威Mk285榴弹会自动炸敌[N];中国国防报;2007年

2 冷国刚　本报记者 杨荣坚;突破“爆破片”[N];中国质量报;2010年

3 ;如何选购安全泄压装置上的爆破膜片？[N];中国质量报;2003年

4 谢方;“战斗”在这里打响[N];解放军报;2005年

5 寒冰　许峰;“战斗”在实验室打响[N];解放军报;2003年

6 ;穿着预防衣，看炭疽炸弹投向中国人[N];新华每日电讯;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 何源;含能破片作用机制及其毁伤效应实验研究[D];南京理工大学;2011年

2 杨勇;基于毫米波阵列雷达的破片速度参数测量技术研究[D];国防科学技术大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 邓吉平;爆炸驱动球形破片飞散的数值模拟研究[D];南京理工大学;2007年

2 谢春雨;含能破片爆炸驱动安定性研究[D];南京理工大学;2010年

3 张洪成;PELE对低空目标毁伤性能研究[D];中北大学;2013年

4 杨曙光;常规武器爆炸破片与冲击波复合破坏效应数值模拟研究[D];兰州大学;2008年

5 刘水江;复合防破片板防护性能分析及数值模拟[D];武汉理工大学;2007年

6 叶小军;含能破片对带壳炸药的引燃机理及抛射强度研究[D];南京理工大学;2008年

7 陈帅;弹体改性区对弹丸过载性能和破片形成的影响[D];南京理工大学;2014年

8 刘智华;燃烧式含能破片的配方与性能研究[D];南京理工大学;2010年

9 朱海飞;破片对板结构破坏过程数值仿真[D];华中科技大学;2007年

10 李爽;超混杂复合防破片板的结构优化设计与冲击响应数值模拟[D];国防科学技术大学;2009年

本文编号：827921