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瞬态大冲击与波浪载荷联合作用下船体结构的响应特性研究
| 论文题名： | 瞬态大冲击与波浪载荷联合作用下船体结构的响应特性研究 |
| 关键词： | 船体结构;水下爆炸;波浪载荷;动力响应;失效模式 |
| 摘要： | 在现代化海上战争中，当舰船遭遇反舰武器后，其炸药所产生的水下爆炸强烈的冲击波及气泡载荷将对舰船结构及人员设备造成严重的毁伤和冲击，甚至使舰船的战斗力和生命力丧失，该领域研究的重点因而也就聚焦于爆炸载荷和结构毁伤、冲击等方面。然而，从船体结构安全可靠性的角度来看，水下爆炸冲击与波浪载荷联合造成结构动态响应放大而引起的结构失效问题应给予关注。鉴于此，本文采用理论分析、数值计算和试验研究相结合的方法，首先对水下爆炸作用下舰船结构的总体响应规律进行深入探究，其次分析水下爆炸冲击和波浪载荷联合作用下舰船的响应特性，最后以舰船的基本结构单元加筋板为研究对象，结合船体梁在水下爆炸和波浪载荷作用下的失效特征，对加筋板的轴压屈曲行为及极限强度展开研究。本文主要研究内容如下： 基于势流理论，推导分析简化船体梁在气泡脉动载荷作用下的运动方程及动力响应过程；采用数值方法建立载荷模型，通过与经验公式对比验证数值方法计算水下爆炸瞬态大冲击载荷的准确性，从而可以进一步开展结构响应计算分析，通过与试验对比验证该数值计算方法的可靠性。此外，针对舰船结构的响应特性，建立不同的对比模型，探讨爆向角、爆距及爆心沿船长方向水平位置变化等因素对结构响应的影响规律。 采用流固耦合方法，计算不同海况下舰船结构模型的波浪压力分布，并结合有限元分析程序，整理各工况下结构湿表面的波浪动压力及惯性力时域曲线；在此基础上，联合水下爆炸瞬态大冲击载荷，通过多步骤方法计算水下爆炸与波浪载荷联合作用下的船体梁动态响应的过程，包括船体梁的局部冲击响应、整体响应以及损伤机理分析；分析探讨水下爆炸瞬态大冲击载荷与波浪联合载荷对舰船的耦合作用效果。 在上述研究基础上，为了进一步探究舰船的破坏失效机理，针对船体基本结构加筋板开展面内轴压试验和数值计算研究；试验中引入数字图像相关方法（简称3D-DIC）记录加筋板试件的屈曲过程和破坏路径，将数值计算结果与试验结果对比从而进一步验证和提高有限元计算的精度。该研究从局部层面揭示水下爆炸瞬态大冲击与波浪联合载荷作用下船体梁的屈曲失效过程与损伤机理。 |
| 作者： | 杨弋 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 孔祥韶;吴卫国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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