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原文传递液舱防爆炸破片侵彻作用机理研究

论文题名：	液舱防爆炸破片侵彻作用机理研究
关键词：	舰船舷侧;防护液舱;爆炸破片;侵彻作用;动态力学行为
摘要：	舰船面临的爆炸破片主要来自反舰导弹穿舱爆炸和鱼雷水下接触爆炸。爆炸破片穿透能力较强，通常能侵彻4-6层舱壁，对舰船燃油舱和重要舰用设备构成严重威胁。大型水面舰艇通常采用设置舷侧防护液舱的方式吸收爆炸破片。本文以大型水面舰艇舷侧防护液舱防爆炸破片作用为研究背景，综合理论、实验和数值仿真方法对液舱防爆炸破片侵彻作用机理进行了研究，开展了以下具体研究工作：　　开展了液舱舱壁材料的动态力学特性研究，设计了准静态拉伸和SHPB试样，开展了准静态拉伸和SHPB实验，基于双波法得到了不同应变率下船用945钢的应力应变关系；对比了两种不同的应变率强化模型的差异，提出了基于CS模型的2种修正模型，并在各应变率区间进行了对比分析；采用数值仿真方法对是否计及应变率效应的模型进行了对比分析。　　开展了液舱舱壁材料的损伤特性研究，提出了一种计及应力三轴度效应的断裂准则。设计了各种应力三轴度下的试样，开展了缺口拉伸、纯剪切、压剪和单轴压缩试验；提出了一种基于有限元方法修正平均应力三轴度值的方法，对比了不同应力三轴度下船用低碳钢的断裂应变，分析了应力三轴度影响断裂应变的微观机理并推导了应力三轴度截断效应，得到了2种计及应力三轴度影响的断裂准则参数，并通过Taylor杆撞击试验进行了不同断裂准则的对比验证。　　开展了液舱舱壁防破片作用机理研究，提出了一种基于绝热剪切机理的爆炸破片侵彻液舱壁剩余速度理论模型。将破片侵彻液舱舱壁的全过程分成4个典型阶段，分析了绝热剪切冲塞模式下爆炸破片侵彻液舱舱壁过程中的能量损失关系，得到了利用材料本构方程推导绝热剪切临界温度和临界应变的方法，并给出了能量损耗关系和剩余速度公式；采用数值仿真方法开展了爆炸破片侵彻液舱舱壁的计算，分别讨论了材料的温度效应，舱内液体对破片剩余速度的影响。　　开展了舱内液体衰减破片速度机理研究，理论推导了速度衰减公式，确定阻力系数为影响速度衰减的关键因素；在验证了数值仿真方法在超空泡和速度衰减准确性的基础上，开展了不同长径比、不同速度破片入水的数值仿真计算，对比了不同速度下的衰减规律，拟合得到了不同阶段的阻力系数公式，并分析了阻力系数变化的主要原因。　　开展了破片侵彻液舱过程的能量吸收机理研究，对高速破片入水形成的冲击波机理进行了理论分析，基于微幅波势流理论，在平头破片速度衰减公式的基础上，结合破片衰减动能与水体增加动能、势能的守恒关系，给出了冲击波计算的理论模型，并验证了方法的可用性。开展了小型液舱的有限元仿真计算，验证了数值计算方法计算冲击波的有效性，将破片侵彻液舱的整个过程分成了四个阶段，对比了有无液体的破片速度衰减规律，不同液舱板厚比对能量吸收的影响以及破片能量的转移和转换关系。　　本文获得的研究成果可以为舰船舷侧防护液舱的设计以及液舱吸收破片机理的理解提供必要的理论基础，具有重要的理论意义与实用价值。
作者：	李营
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	李晓彬;张玮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文