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原文传递水下爆炸作用下圆柱壳舱段冲击环境与极限承载特性研究

论文题名：	水下爆炸作用下圆柱壳舱段冲击环境与极限承载特性研究
关键词：	水下爆炸;潜艇结构;冲击环境;极限承载
摘要：	在近年来世界海洋资源和海洋领土争端日益频繁以及各种反舰艇武器制导技术日益成熟的情况下，潜艇结构受到鱼雷等大当量水下武器攻击的概率越来越大，因此潜艇遭受水下爆炸攻击时的冲击环境特性以及在受到水下爆炸冲击后结构的极限承载能力值得重点关注。本文在总结了水下爆炸基本特性的基础上，建立了若干加筋圆柱壳结构模型，对其遭受水下爆炸的载荷、动响应、冲击环境以及毁伤特性进行了研究，对提高潜艇的抗冲击技术有参考价值，同时考虑到圆柱壳所处环境完全处于水面以下，因此其抗冲击能力分析离不开其对静水压力的承载能力，本文还将着重分析圆柱壳结构受到水下爆炸作用后，结构塑性损伤对其受到径向加载时的极限承载能力的影响，旨在为潜艇水下爆炸抗冲击设计提供参考。　　首先，进行潜艇的冲击环境分析。潜艇的冲击环境直接影响到艇上人员的安全和设备的使用性能。在战时，恶劣的冲击环境会使潜艇失去战斗力。因此，潜艇冲击环境是潜艇生命力的重要评估对象。本文用单层圆柱壳模拟潜艇舱段，研究圆柱壳舱段在水下爆炸作用下的冲击环境特性。采用圆柱壳壳体设备一体化建模，在圆柱壳的短舱段和长舱段以及长舱段中的工作平台上设置考察点，采用ABAQUS有限元软件的声固耦合法计算出冲击因子为1.0的工况下考察点的冲击谱值。结果表明：圆柱壳长舱段的冲击动态响应相比短舱段要更剧烈，冲击环境特征与安装形式息息相关，平台端部的冲击环境要比中部恶劣，能够为潜艇的抗冲击设计提供参考。　　然后，考虑到潜艇完全处于水下的作战环境，属于径向加载方式的静水压力对其结构强度产生很大影响，因此，本文针对此种情况，着重探讨了加筋圆柱壳结构受到水下爆炸冲击波作用后，结构产生的塑性损伤对于径向加载时的外壳的极限承载能力的影响。首先，运用ABAQUS有限元软件分别对原始的完整模型以及开孔圆柱壳模型进行线性屈曲分析，将线性屈曲分析的结果作为初始缺陷加入到模型当中，然后进行非线性屈曲分析。其中，对于开孔圆柱壳结构，经对比发现，孔径越大，结构的极限承载能力越弱，且对于RIKS法有一个临界值，建议孔径不要超过临界值。最后，探究了不同冲击因子造成的冲击损伤对于圆柱壳的极限承载力的影响，将水下爆炸冲击波对结构造成的塑性损伤作为结构的初始缺陷用于非线性屈曲分析中。经对比发现冲击因子越大，水下爆炸冲击波对结构造成的的冲击损伤越严重，结构的塑性形变越大，因而导致其极限承载能力越差。并且将受到水下爆炸作用下的圆柱壳与未收到冲击的原始模型进行对比，发现结构的极限载荷明显减小，说明水下爆炸对于结构的极限承载能力由很大的影响。　　最后，圆柱壳作为潜艇的典型结构形式，其舱段截断长度影响着模拟计算的精度以及分析的准确性，因此需要探究一个能同时平衡精度与效率的等效模型。圆柱壳结构形式简单的特点，模型之间更多的是长度、直径以及加强筋尺寸的区别。因此在圆柱壳结构的抗冲击计算分析中，使用局部舱段模型等效代替总体模型进行计算分析的可行性是一个十分值得深入探究的课题。本文对此种替代的有效性进行了探究，通过设置三种不同长度的圆柱壳舱段模型，分析其在相同药量，五种不同爆距下的相同位置的结构响应之间的误差，认为当误差小于工程误差许可范围时，得到一个能够等效替代整体模型进行计算的舱段截断长度取值范围。
作者：	靳易安
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	郎济才
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文