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原文传递 冲击载荷作用下船用设备溃缩吸能结构动力学特性研究
论文题名: 冲击载荷作用下船用设备溃缩吸能结构动力学特性研究
关键词: 船用设备;溃缩吸能结构;动力学特性;冲击载荷
摘要: 随着现代舰船设备评估要求日益严格,舰船在海上服役过程中,船用设备面临着各种复杂的爆炸冲击环境,要求船用设备不仅要有较强的运行能力,还要具备较强的抗冲击能力,来确保舰船在受到剧烈爆炸冲击载荷时仍具有较强的战斗力。对此本文引入溃缩吸能结构,减弱船用设备在爆炸冲击载荷作用时所受到的毁伤效应,提高其抗冲击能力。溃缩吸能结构在汽车的抗撞击领域广泛应用,在舰船抗冲击领域较为少见。本文通过比较不同溃缩吸能结构的吸能特性,来选择适用于舰船设备抗冲击中的溃缩吸能结构,并给出各个参数变化时溃缩吸能结构的抗冲击特性变化规律。
  首先,本文从国军标和德军标出发,对船用设备抗冲击要求进行分析,为之后溃缩吸能结构研究方向奠定基础;基于折叠单元模型,对溃缩吸能结构准静态压溃过程进行理论研究,分析出影响吸能特性的主要因素,并简单说明溃缩吸能结构的评价指标;研究数值模拟分析方法,并与溃缩吸能结构的理论分析进行对比,验证有限元模型的有效性。
  其次,本文建立了金属薄壁方形管、带诱导槽的薄壁方形管以及泡沫铝填充带诱导槽的薄壁方形管准静态压溃的有限元模型,分析比较各结构的变形模式、载荷-位移曲线以及吸能量-位移曲线。研究发现,带诱导槽薄壁方形管的初始峰值载荷小于不带诱导槽薄壁方形管的,而泡沫铝填充薄壁方形管能够吸收更多的能量,验证了理论模型的有效性。同时,有限元仿真在研究不同溃缩吸能结构的吸能特性问题上具有很强的适用性。
  再次,本文在动态分析的基础上,对诱导槽结构进行优化得到最优解,并在此基础上,加入泡沫铝填充结构,比较两者吸能特性的差异,得到适用于船用设备抗冲击的溃缩吸能结构。由于溃缩吸能结构网格与整船网格的模型尺寸存在适用性差异,极大地增加了计算时长,进而对溃缩吸能结构进行动力学简化。将简化后的溃缩吸能结构应用在船用设备抗冲击分析中,对不同安装形式的船用设备抗冲击特性进行分析,比较其抗冲击特性的差异,为之后一体化计算奠定基础。
  最后,基于理论分析及综合前文的数值分析结果,通过分析船体、流场和设备之间的耦合关系,建立船用设备一体化抗冲击分析的有限元模型,模拟实船爆炸的冲击环境,研究此时爆炸冲击载荷作用下船用设备的冲击响应特性。通过对比安装溃缩吸能结构前后的一体化计算结果,研究船用设备在爆炸冲击载荷作用下的抗冲击特性。
作者: 多多
专业: 船舶与海洋工程
导师: 刘云龙;戴光昊
授予学位: 硕士
授予学位单位: 哈尔滨工程大学
学位年度: 2021
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