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冲击载荷作用下壳梁结构响应分析的CSPM方法研究
| 论文题名： | 冲击载荷作用下壳梁结构响应分析的CSPM方法研究 |
| 关键词： | 军用舰船;壳梁结构;动力响应;冲击载荷;修正光滑粒子流体动力学 |
| 摘要： | 舰船在作战条件下会受到各种武器的攻击，直接威胁舰船的生存能力，因此研究冲击载荷作用下船体结构的响应具有重要的意义。舰船的总体结构大多可以简化为壳梁结构，因此对冲击载荷作用下船体壳梁结构响应分析研究意义重大。目前广泛使用的基于拉格朗日网格的有限元法处理大变形等问题时会遇到网格畸变等问题，光滑粒子流体动力学(SPH)是一种无网格方法，可以完全摆脱计算网格的限制，非常适合求解大变形问题。 本文首先研究了国内外无网格方法的具有代表性的工作，重点针对无网格方法在计算结构动力学方面的研究现状，选取了修正光滑粒子流体动力学方法(corrective smoothed particle method，CSPM)作为壳梁结构的静动力学响应分析的研究方法。针对传统SPH的完备性缺陷，使用CSPM方法修正改进了SPH方法，提高了计算精度。 针对直接使用实体单元建模耗费计算资源的缺点，基于Mindlin-Reissner平板理论建立了CSPM壳结构模型，仅使用通过壳结构中面的一层粒子描述壳结构运动。建立CSPM壳结构的控制方程，考虑了结构大变形中的几何非线性问题，将CSPM方法应用于壳结构静力和动力响应分析中。为解决无网格方法在数值计算中的不稳定现象，使用拉格朗日核函数以及应力点积分技术提高了计算的稳定性。 针对无网格方法中梁结构简化的理论问题，基于Timoshenko梁理论建立二维平面梁的CSPM几何非线性静力和动力分析方法，结构的几何离散仅需在中性轴上布置一列粒子，完善了CSPM方法中实体-壳-梁三种典型结构理论。同时推导了等效加筋板和耦合加筋板理论公式，研究了两种理论方法的优缺点和应用范围。为将来的三维无网格梁以及复杂板架结构的理论公式推导打下基础。 在水下爆炸的冲击载荷使船体结构在达到破坏前产生屈曲失效的工程问题研究中，采用CSPM方法研究了弹性圆柱壳结构的动力响应问题。研究了圆柱壳结构的在冲击载荷作用下动力屈曲问题，探讨了不同的冲击波峰值和周期对于动力屈曲特性的影响，确定圆柱壳结构的临界屈曲载荷，验证无网格方法作为一种新方法在结构动力屈曲中的应用价值。 |
| 作者： | 黄玉虹 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 孙士丽 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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