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水中冲击波作用下结构壁面载荷特性分析
| 论文题名： | 水中冲击波作用下结构壁面载荷特性分析 |
| 关键词： | 水下爆炸;流固耦合;水中冲击波;船体结构 |
| 摘要： | 船体结构作为舰船生命力的载体，是水下爆炸最直接的冲击对象，从根本上决定了舰船的生存能力，因此一直以来都是舰船防护的重点对象。而载荷的准确预报是其强度评估的前提，因此对水中结构受水下爆炸冲击下的壁面载荷特性的分析对舰船防护具有重要的现实意义。 然而，人们对由爆炸产生的载荷机理问题的认识还存在一定的局限性。本文试图从结构表面的爆炸载荷机理方面进行深入的探讨。文中通过理论和数值两种途径分别对弱冲击波和强冲击波作用下的流固耦合问题进行了研究，探讨流固耦合现象对缓解结构受冲击的有利影响，以期为防护系统的设计及优化提供参考，提高结构抗冲击性能。 首先对冲击波传播的基本理论进行了简要概述，并给出不同形式状态方程对冲击波壁面反射解形式的影响。 其次应用Taylor平板理论（背空）及其扩展形式（背水）对水中冲击波作用下平板结构的壁面压力、结构动响应、传递冲量及空化发生时间等进行了对比分析，同时给出了计及结构中应力波效应的波动流固耦合分析方法，验证了其有效性，并将其应用于板架结构、有橡胶敷设层板和有层间水的双层板结构，发现由于板架结构的垂向构件构成了应力波向内传播的波导，增大了冲量传递；橡胶层极大地削弱了壁面压力峰值，却拉长了壁面压力脉宽；双层板的外板起到了“削波”的作用，使得作用在内板压力峰值较外板峰值有所下降。 再次对强冲击波作用下可压缩流中不同厚度、不同背侧条件、受不同冲击波类型和强度的平板冲量传递及空化发生时间展开了分析，定义了类似Taylor平板理论中的流固耦合参数，给出了极轻板和极重板理论解和适用于不同冲击波类型的冲量传递估算公式。结果表明冲量传递和空化发生时间由流固耦合参数和板背侧条件共同决定，文中给出的冲量传递实用估算公式同数值解吻合良好，适用于任意板厚、任意冲击波强度，省去了大量的数值计算时间。 最后应用提出的波动流固耦合分析方法计算了某型舰实尺度板架模型的壁压及冲量传递，得知板架传递的冲量比等面积平板大得多。此外还对现有文献中的试验进行了数值对比，发现单层平板速度的数值计算结果较试验值大，双层平板透射压力的数值计算结果较试验值大，透射压力的升时吻合良好。 |
| 作者： | 孙丰 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 郭君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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