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原文传递冲击波和破片联合作用后船体结构剩余极限强度研究

论文题名：	冲击波和破片联合作用后船体结构剩余极限强度研究
关键词：	船体结构;剩余极限强度;冲击波;破片载荷
摘要：	当前世界各国对海洋资源的争夺越来越激烈，舰船是各国海上军事实力的直接体现，但是现在各种反舰武器发展迅速，反舰导弹这种在舱室内部爆炸产生爆炸冲击波和高速破片群的武器会对舰船造成严重威胁。为了提高舰船在遭受反舰导弹攻击后破损船体的剩余极限强度，各种舰船防护结构应运而生，大量学者对其进行了研究。然而目前对舰船剩余极限强度的研究仅限于考虑冲击波对船体舱室造成的破坏，因此研究冲击波及破片联合作用对船体舱室造成的毁伤、毁伤后破损船体的剩余极限强度和新型防护结构对冲击波及破片联合作用的防护性能具有重大意义。本文的主要研究工作及结论如下。　　（1）介绍了舱内爆炸载荷的基本特性，整理分析了爆炸冲击波载荷和破片载荷相关参数的经验公式；采用了AUTODYN数值模拟了冲击波及破片联合载荷对靶板的动力响应，并将仿真结果与试验结果进行了对比，验证了数值仿真方法的准确性和可靠性。　　（2）研究了冲击波单独作用下以及冲击波和破片联合作用下舱内爆炸载荷特性和舱室结构响应，通过欧拉域耦合及SPH粒子离散相结合的方法对冲击波和破片联合作用下舱内爆炸进行了计算。结果表明，冲击波单独作用下时，舱室结构没有在爆炸载荷作用下产生破口，甲板整体的大变形更多地取决于准静态压力而非冲击波压力；冲击波载荷对01甲板和1甲板的影响半径在2000到4000mm之间；1甲板的位移峰值要大于01甲板且甲板的位移峰值较舱壁的位移峰值要大；爆炸联合载荷作用下时，舱室在较早时候就到达准静态压力状态；爆炸当舱的01甲板、1甲板及横舱壁的破口都达到了2.25m2左右，01甲板及1甲板的最大位移较冲击波单独作用下的相应结果分别大82.9%和69.8%；爆炸当舱的舷侧结构因为离起爆点较远而未出现破口，爆炸邻舱的2甲板和横舱壁在冲击波和破片的联合作用下也出现了一定的塑性变形。　　（3）阐述了在ABAQUS软件中分析结构极限强度的三种方法；定义了5种舱内不同位置的爆炸工况，分别对各工况进行了舱内爆炸冲击波与破片联合毁伤效应的数值仿真，通过自行编写的程序提取了AUTODYN中的初始和破损模型；将初始和破损模型导入到ABAQUS中并利用准静态法数值模拟了初始和各受损舱段的中垂极限状态，研究了初始舱段和各工况对应的受损舱段的剩余极限强度。结果表明，爆炸位置对破损舱段到达中垂极限状态的过程没有较大影响；初始舱段到达极限状态后端面弯矩–转角曲线的下降速度相比破损舱段较快；5种工况对应的受损舱段的剩余极限强度均有20%~30%的损失，其中位于舱内爆炸中心的工况1为最危险的爆炸工况，其对应的受损舱段的剩余极限强度只有完整极限强度的72.2%。　　（4）研究了舱内爆炸冲击波和破片联合毁伤作用下常规和新型箱型梁舱段的动力响应；研究了舱内爆炸后常规和新型箱型梁受损舱段的中垂崩溃过程、中垂极限状态下的von Mises应力分布以及剩余极限强度。结果表明，常规纵向箱型梁及新型纵向箱型梁结构舱段典型测点的等效塑性应变峰值及速度极值相较于常规舱室结构舱段都有所减小；常规纵向箱型梁及新型纵向箱型梁结构舱段01甲板的动能和内能整体均小于常规舱室结构舱段；“X”型箱型梁结构舱段01甲板的最大变形最小，相较于常规舱室结构舱段减小了51.9%；“X”型箱型梁结构舱段的剩余极限强度提升最多，较常规舱室结构舱段的剩余极限强度来说提升了17.5%。
作者：	洪旸
专业：	船舶与海洋工程
导师：	李俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021