水下非接触爆炸冲击下船体结构强度计算研究

发布时间：2017-10-05 06:04

  本文关键词：水下非接触爆炸冲击下船体结构强度计算研究

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【摘要】：水下非接触爆炸下舰船结构强度是舰船生命力的重要组成部分。水下非接触爆炸冲击作用将引起整船巨大冲击动力响应,极端情况下可能引起舰船瞬间折断,威胁到船体总纵强度,同时水下爆炸冲击波能够引起船底或舷侧结构较大塑性变形,对船体局部强度产生重要影响。水下爆炸冲击下舰船结构强度研究一直受到各国海军关注。近年来随着我国对舰船抗爆抗冲击要求的逐渐提高,国内也已经开展了大量的相关研究,但目前的工作离实船结构抗爆设计运用仍有较大差距,深入开展船体结构抗水下爆炸冲击设计相关研究十分必要。本文在ABAQUS声固耦合有限元方法基础上,进行水下非接触爆炸冲击下舰船的总强度和局部强度研究,旨在为舰船抗水下爆炸冲击的结构设计提供参考。本文主要研究内容及结论如下:(1)对ABAQUS水下非接触爆炸声固耦合计算方法进行介绍和算例验证。在分析现有各种水下爆炸数值计算方法的基础上,详细介绍ABAQUS声固耦合方法的理论及边界条件设置。参照理论解和实船试验数据,进行算例验证;(2)对某船进行了详细全船有限元建模,包括各层甲板、上层建筑、外板、甲板骨材等结构,并创建水域模型。对全船模型进行湿模态计算,船体梁低阶频率与经验公式计算值相差很小,各阶振型良好,验证了本文建立的全船有限元模型的准确性;(3)对水下非接触爆炸作用下船体总纵强度进行了计算研究。分别使用全船有限元模型和船体梁简化模型进行典型水下非接触爆炸工况计算,分析校核了全船模型危险剖面塑性应变,并对比分析了两种计算模型剖面爆炸弯矩曲线及中垂中拱最大爆炸弯矩。结果表明简化模型爆炸弯矩计算精度良好,可为水下非接触爆炸下船体梁爆炸弯矩估算提供参考;(4)对水下非接触爆炸作用下船体舱段结构局部强度进行了计算研究。建立并验证了基于三舱段的局部结构水下非接触爆炸强度计算模型。对外底板厚、强肋骨和龙骨数量等设计参数变化后的舱段模型进行水下非接触爆炸强度计算,从塑性应变、动应力峰值和加速度峰值三方面分析舱段设计参数改变对舱段局部结构抗爆抗冲击性能的影响规律,可为舱段结构抗水下爆炸冲击设计提供参考。
【关键词】：水下非接触爆炸 声固耦合 结构强度 爆炸弯矩 参数讨论
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.43
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 选题背景及研究目的10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 水下非接触爆炸理论研究11-12
• 1.2.2 水下非接触爆炸数值计算研究12-14
• 1.2.3 水下非接触爆炸试验研究14-15
• 1.3 我国相关研究的不足15-16
• 1.4 本文主要研究内容16-17
• 第二章 水下非接触爆炸载荷及物理效应17-29
• 2.1 引言17-18
• 2.2 水下爆炸冲击波载荷18-19
• 2.2.1 指数衰减公式18-19
• 2.2.2 Zamyshlyayev公式19
• 2.3 水下爆炸气泡脉动载荷19-22
• 2.4 水下爆炸边界效应22-24
• 2.4.1 水面反射波23
• 2.4.2 海底反射波23-24
• 2.5 水下爆炸空化效应24-27
• 2.5.1 局部空化24-26
• 2.5.2 体空化26-27
• 2.6 冲击因子27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 水下非接触爆炸冲击下舰船强度数值计算方法29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 水下爆炸问题数值计算方法29-31
• 3.2.1 有限元方法29-30
• 3.2.2 双渐进近似方法30
• 3.2.3 无网格方法30-31
• 3.2.4 边界元方法31
• 3.3 ABAQUS水下爆炸计算方法31-38
• 3.3.1 ABAQUS声固耦合理论31-35
• 3.3.2 显式时间积分35-37
• 3.3.3 水下爆炸关键字设置37-38
• 3.4 ABAQUS水下爆炸算例验证38-43
• 3.4.1 球壳受平面波冲击38-40
• 3.4.2 舰船受水下爆炸冲击40-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 有限元建模44-52
• 4.1 引言44
• 4.2 舰船结构建模44-46
• 4.2.1 整舰模型概况44-46
• 4.2.2 典型结构模型46
• 4.3 流场建模46-48
• 4.4 材料定义48-49
• 4.5 模态验证49-50
• 4.6 本章小结50-52
• 第五章 水下非接触爆炸冲击下舰船总纵强度研究52-72
• 5.1 引言52
• 5.2 水下爆炸冲击下舰船总纵弯曲现象52-53
• 5.3 水下非接触爆炸工况及剖面选取53-55
• 5.3.1 工况与载荷53-54
• 5.3.2 校核剖面选取54-55
• 5.4 基于全船模型的总纵强度计算研究55-64
• 5.4.1 船体结构强度结果分析55-57
• 5.4.2 校核剖面塑性应变结果分析57-61
• 5.4.3 校核剖面爆炸弯矩计算分析61-64
• 5.5 基于简化模型的总纵强度计算研究64-70
• 5.5.1 船体梁鞭状运动理论模型分析65-66
• 5.5.2 船体梁有限元简化模型66-68
• 5.5.3 简化模型爆炸弯矩计算结果68-70
• 5.6 本章小结70-72
• 第六章 水下非接触爆炸冲击下舰船局部强度研究72-88
• 6.1 引言72
• 6.2 三舱段模型计算方法72-76
• 6.2.1 三舱段模型简介72-74
• 6.2.2 三舱段模型结果验证74-76
• 6.3 设计参数对局部强度影响研究76-86
• 6.3.1 舱段设计方案76-77
• 6.3.2 工况与载荷77-78
• 6.3.3 塑性变形分析78-82
• 6.3.4 应力峰值分析82-84
• 6.3.5 加速度峰值分析84-86
• 6.3.6 结论探讨86
• 6.4 本章小结86-88
• 第七章 总结与展望88-90
• 7.1 总结88-89
• 7.2 展望89-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-95
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文95

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