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原文传递水下接触爆炸载荷下舰船舷侧多层防护结构毁伤过程研究

论文题名：	水下接触爆炸载荷下舰船舷侧多层防护结构毁伤过程研究
关键词：	水下接触爆炸;舷侧多层防护结构;动态响应;毁伤过程
摘要：	大型舰船在海战中必然面临水下接触爆炸引起的冲击破坏问题。水下接触爆炸比空中爆炸更具破坏性，反舰武器直接击中舰船舷侧会造成舰船大范围破舱进水、舰船内部设备损毁和大量人员伤亡，致使舰船丧失战斗力甚至沉没。为提高舰船在海战中的有效生命力，大型舰船以空间换防护，在舷侧设置多层防护结构，逐层削弱和化解爆炸冲击载荷对舰船的毁伤效应。因此，研究水下接触爆炸载荷下舷侧多层防护结构毁伤过程对评估舰船生命力、提高舰船防护性能及设计新型舷侧多层防护结构具有重要意义。　　本文在水下爆炸载荷理论和水下冲击波数值模拟研究基础上，对典型多层防护结构进行数值模拟研究并与相关试验结果进行对比，确定多欧拉域流固耦合计算数值模拟方法；以某大型舰船舷侧多层防护结构为研究对象，结合瞬态动力学分析软件，详细研究膨胀舱隔板泄爆孔、液舱内液体比例对舷侧多层防护结构防护性能影响，确定舷侧多层防护结构膨胀舱和液舱结构形式；基于水下接触爆炸载荷下舷侧多层防护结构破坏模式，对液舱内板板厚敏感性进行分析，确定敏感度较高结构，进而对不同膨胀舱板厚、不同炸药量下舷侧多层防护结构动态响应进行研究，获得舷侧多层防护结构动态响应变化规律，并以此为基础建立水下接触爆炸载荷下舷侧多层防护结构毁伤耗能预报公式，实现对舰船舷侧多层防护结构毁伤耗能快速预报；对原始舷侧多层防护结构进行尺寸优化并进行数值仿真验证，得到比吸能最优舱壁板厚组合；提出一种新型隔板形式舷侧多层防护结构并与典型舷侧多层防护结构动态响应进行对比。　　主要研究内容如下：　　(1)水下爆炸冲击波理论研究及有限元技术验证。研究爆轰波理论及爆轰波后水下爆炸冲击波的传播过程和参数方程，进而对不同网格尺寸下水下爆炸冲击波传播过程进行数值模拟，得到计算误差较小的网格尺寸。在此基础上，采用多欧拉域流固耦合计算方法，对典型多层防护结构进行数值模拟研究并与文献试验结果对比，从而验证本文有限元技术的可靠性，为后续研究提供理论和技术方法依据；　　(2)水下接触爆炸载荷下舷侧多层防护结构防护特性研究。首先对膨胀舱隔板有、无泄爆孔情况分别进行数值模拟研究，研究泄爆孔结构对其防护性能的影响；其次研究了水下接触爆炸载荷下舷侧多层防护结构动态响应，揭示了各结构的破坏模式；最后通过改变液舱内液体比例，研究了液舱内不同液体比例对舷侧多层防护结构防护特性的影响，为后续确定舷侧多层防护结构奠定基础；　　(3)水下接触爆炸载荷下舷侧多层防护结构动态响应研究。为研究舷侧多层防护结构板厚、炸药量对舰船舷侧多层防护结构防护性能的影响，首先基于水下接触爆炸载荷下舷侧多层防护结构破坏模式，对舷侧多层防护结构液舱内板板厚敏感性进行研究分析，从而确定对舷侧多层防护结构防护性能敏感度高的结构；其次，通过改变舰船舷侧多层防护结构中舷侧外板、膨胀舱隔板及液舱外板板厚，研究分析不同板厚下舷侧多层防护结构动态响应过程；最后，针对不同炸药量工况下舷侧多层防护结构动态响应过程进行了研究，获得舷侧多层防护结构动态响应随结构板厚、炸药量变化规律；　　(4)水下接触爆炸载荷下舷侧多层防护结构毁伤耗能预报公式研究。基于不同炸药量和膨胀舱板厚下舷侧多层防护结构动态响应数值模拟结果，研究分析其与炸药量及膨胀舱板厚之间的基本关系，通过相互耦合作用得到舷侧多层防护结构毁伤预报公式；根据防护结构吸能响应变化规律，提出了舷侧外板、膨胀舱隔板和液舱外板比吸能预报公式；　　(5)舷侧多层防护结构参数优化研究。基于比吸能预报公式，建立尺寸优化数学模型，对膨胀舱板厚进行尺寸优化并进行数值模拟计算，确定尺寸优化结果可靠性。通过与原始多层防护结构比吸能结果对比，得到优化后舷侧多层防护结构防护性能更优结论；根据舷侧多层防护结构破坏模式，提出一种新型隔板形式舷侧多层防护结构，研究其在水下接触爆炸载荷下的动态响应，并与原始平板隔板形式舷侧多层防护结构对比。
作者：	董能超
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	尹群
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文