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分层梯度覆盖层的水下抗冲机理及优化设计
| 论文题名： | 分层梯度覆盖层的水下抗冲机理及优化设计 |
| 关键词： | 分层梯度覆盖层;水下抗冲机理;优化设计;有限元方法;舰船防护装置 |
| 摘要： | 抗冲覆盖层是一种敷设于舰船壳体外表面的冲击防护装置，能够起到隔离和吸收水下爆炸冲击波能量的作用。传统的抗冲覆盖层采用多孔橡胶的超弹性结构。由于橡胶的超弹性及孔洞的复杂性，给建模和计算带来很大困难；同时传统的抗冲覆盖层结构多采用单一的结构形式，当载荷超过某一强度时就会发生密实化，失去冲击防护效果。本文针对以上传统覆盖层所存在的两个主要问题，分别从改进计算方法和优化结构设计两方面要求来开展抗冲覆盖层的研究工作。主要研究内容及成果包括： 1）对传统橡胶多孔覆盖层在水下爆炸载荷下进行参数化分析，分析的参数包括材料的杨氏模量、泊松比、粘性系数以及覆盖层的厚度。结果表明：杨氏模量、泊松比两个参数对覆盖层的冲击防护效果影响最大。在此基础上，提出多孔橡胶覆盖层的均匀化方法。即将多孔橡胶覆盖层等效为均匀结构，其杨氏模量取为零点切线模量，并计算得到等效均匀覆盖层的等效泊松比。将均匀化模型与实际三维多孔覆盖层模型所计算的结果进行对比，验证了均匀化方法的有效性。 2）提出密度渐变覆盖层（DGPF）以优化覆盖层的冲击防护效果。首先研究了密度渐变覆盖层在不考虑流固耦合状态时的冲击防护特性。通过改变冲击波强度和DGPF的密度梯度，并与等效的均匀覆盖层的冲击防护效果进行对比。结果表明：冲击强度越大DGPF能够更有效的降低支反力，冲击强度越小则具有更小的变形位移。 3）随后本文研究了DGPF覆盖层在考虑到流固耦合状态的水下爆炸环境中，在冲击波载荷作用下的冲击防护效能，分为底部固支和底部自由两种边界条件，前者侧重其在冲击波作用下的压缩特性，后者能够更好的模拟真实情形。同样研究了冲击波参数变化、梯度覆盖层系数变化等不同参数对冲击防护效果的影响，并与等效的均匀覆盖层进行对比。结果表明水下爆炸中DGPF在远场水下爆炸或更大冲击强度条件下，相比于传统的均匀覆盖层有着更好的防护效果。 |
| 作者： | 胡显赫 |
| 专业： | 机械设计与理论 |
| 导师： | 谌勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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