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原文传递水下爆炸大脉宽载荷下板架结构毁伤特性与相似规律研究

论文题名：	水下爆炸大脉宽载荷下板架结构毁伤特性与相似规律研究
关键词：	水下爆炸;毁伤特性;大脉宽载荷;畸变模型;非线性相似
摘要：	船体结构在水下冲击载荷下的变形破坏模式不但与结构形式以及材料的参数等因素有关，而且跟输入载荷特征有着密切联系。在极大当量爆源的情况下，水下爆炸产生的大脉宽冲击波载荷的脉宽有的能达到传统装药的数百倍，在与水下结构耦合过程中会产生不同的毁伤模式。开展舰船结构及缩比模型在不同水下爆炸载荷作用下的破坏机理及冲击响应理论和试验研究，对提升舰船防护性能有着重要作用。因此，研究原型与模型之间的相似转换关系显得尤为重要，实现利用缩比模型试验去预测实船试验的动态响应过程。　　本文通过数值仿真和试验相结合的方法，主要研究水下爆炸大脉宽载荷特征及对舰船典型板架结构的毁伤特性，并基于冲击波的特征提出了一种畸变模型与相应的预测系数并进行了验证，最后提出并验证了一种基于非线性动力学响应分析的模型相似验证方法。论文的主要工作有:(1)针对大脉宽载荷的水下传播规律研究，如峰值、脉宽的分布规律，建立球形药包的水下爆炸冲击波的仿真模型，与经验公式对比了冲击波峰值的误差，验证了模型的有效性;然后选取不同参数的圆柱形药包和圆锥形药包，分析不同药包的冲击波传播形式的区别，并比对分析不同测点处的到达时间、峰值压力和持续时间，其中锥形药在起爆端一侧的冲击波有着明显的大脉宽的波形特征。　　(2)为研究大脉宽载荷与结构物面的耦合规律，通过数值模拟和模型试验的方法，研究了水下大脉宽载荷对板架结构的毁伤特征，并分析对比常规冲击波和大脉宽载荷对结构毁伤的异同，分析在不同冲击波脉宽时间下波形特征对板架结构的毁伤影响。基于改变药包形状得到的大脉宽载荷在一定程度上可以增大对结构的毁伤程度，且脉宽和峰值对结构毁伤都有着关键作用。　　(3)针对大脉宽载荷结构毁伤畸变模型，根据π定理和量纲分析推导出计及冲击波峰值脉宽和结构尺寸的水下爆炸相似准则。通过传统球形装药对相似准则进行转换，得到了结构和爆源采取不同缩比的畸变模型并验证了预测系数的有效性。接着考虑冲击波波形特征对结构的影响，提出脉宽和峰值畸变对原型结果的影响，并给出预测修正方法。不管是基于传统球形药的畸变模型还是考虑冲击波特征的畸变模型都能很好的预测原型的冲击动响应。　　(4)提出一种非线性统计量赫斯特指数来表征水下爆炸板架冲击响应中的非线性关系，探讨了冲击因子和不同装药等因素对于板架结构加速度、速度位移等响应的赫斯特指数的影响规律。对相似系统的赫斯特指数进行了论证，推导出相似系统的响应的赫斯特指数保持相等，并基于文中的完全几何相似和畸变模型进行了验证。
作者：	陈锦
专业：	船舶与海洋工程
导师：	王志凯;王攀
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2022