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船体板在爆炸载荷下的饱和冲量研究
| 论文题名： | 船体板在爆炸载荷下的饱和冲量研究 |
| 关键词： | 船体板;方形钢板;爆炸载荷;饱和冲量;模拟试验 |
| 摘要： | 通常船体板可能承受的爆炸载荷只以最大载荷和爆炸脉冲的总冲量来表征。但是对“饱和冲量”的研究表明，基于爆炸脉冲的总冲量的设计是不准确的，总冲量中其实只有达到饱和前的那一部分冲量对最终的大变形有影响，因此根据―饱和冲量来预测船板的大变形将更合理，更准确。本文对方形板在矩形压力脉冲下的饱和冲量做了详细的参数研究；对加筋板在矩形压力脉冲下的饱和冲量也做了一定的分析研究；最后开展了方形钢板在爆炸载荷下的响应的试验研究，取得了以下成果： （1）在不计及材料应变率敏感性的情况下，采用有限元数值模拟的方法验证了方形板和方形加筋板在矩形脉冲载荷下的饱和冲量满足尺度率。并为三组几何相似的板结构提出了饱和挠度的经验公式。 （2）提出了一套刚塑性分析方法，量化了应变率敏感性和应变强化对饱和冲量的强化作用。提出了分别表征应变率敏感性和应变强化的强化作用的两个强化因子n1和n2，还提出了一个同时计及应变率敏感性和应变强化广义的强化因子n。发现在数量关系上，饱和永久挠度同加强因子√n成反比。饱和冲量同应变率敏感性的加强因子的平方根 n成反比。最后，针对由于材料的应变率敏感性导致的方形板在矩形压力脉冲下的饱和冲量现象不满足尺度率的问题提出了一个可靠的修正方法，通过改变模型的厚度使得考虑材料应变率敏感性的模型和原型的最终响应能进行缩比。 （3）由不同屈服强度钢材料制成的尺寸相同的方形板在受到同样大小的载荷下，它们的饱和永久挠度的比值近似等于它们的屈服应力之比的倒数，最大挠度的饱和加载时间之比近似等于它们的屈服应力之比的平方根的倒数；对于由相同材料制成的边长相同、厚度不同的方形板在同样大小的压力脉冲载荷下，它们的无量纲饱和永久挠度的比值近似等于他们的厚度的平方的倒数；它们的饱和加载时间同板厚无关。提出了一个刚塑性分析方法可以对方形板发生Menkes和Opat[90]定义的失效模式2需要的无量纲压力幅值阈值进行估计。弹塑性材料的方形板，例如低碳钢材料和铝材料，在矩形压力脉冲下的饱和冲量相关的无量纲物理量之间的函数关系是相近的。刚塑性分析对于揭示饱和冲量的相关物理量之间的数学关系是非常有效的。 （4）研究了不同加筋形式的加筋板的饱和冲量之间的关系，得到了它们抵抗变形能力的强弱次序。 （5）开展了方形板的空中爆炸试验，得到了一些自由场压力和试板最终变形的试验结果，可供理论和数值模拟参考。采用数值模拟的方法对试验进行仿真，结果和试验符合的很好，验证了有限元模型的正确性。 |
| 作者： | 何旭 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 朱凌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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