原文传递
水下爆炸作用下圆柱壳结构动态响应数值研究
| 论文题名： | 水下爆炸作用下圆柱壳结构动态响应数值研究 |
| 关键词： | 水下爆炸;圆柱壳结构;水面浮船;气泡载荷;冲击环境 |
| 摘要： | 水中炸药爆炸后，除初始阶段的冲击波载荷外，后续的气泡脉动载荷仍会对水中结构的动态响应产生强烈影响，特别是结构内较为敏感的设备。众多试验表明，金属材料的部分属性表现敏感的率相关性，材料模型是否合理，参数是否正确，严重影响数值仿真结果的精度。因此，在分析结构的动态响应及设备冲击环境时，应考虑气泡脉动载荷和材料应变率相关的属性。 文中在参考了国内外相关研究资料的基础上，通过INSTRON-5500R万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置测量了ZQ390钢的材料性能，并得到动态本构模型。对水下爆炸载荷下水面浮船的动态响应进行分析，探讨了气泡载荷对结构毁伤的影响。基于材料本构，计算了水下爆炸作用下深潜装置的动态响应，分析了结构设备冲击环境的影响因素。具体内容如下: (1)通过INSTRON-5500R万能试验机获得ZQ390钢的准静态试验数据，通过分离式霍普基森压杆(SHPB)获得ZQ390钢的动态试验数据，整理数据得到五种应变率下材料的应力-应变曲线，发现准静态下ZQ390为韧性材料，其瞬时应力随着应变率的提高增加显著，属于应变率敏感材料。通过分析采用Cowper-Symonds本构模型，并拟合粘性参数D和应变率硬化参数q。 (2)分析了声-结构耦合法中流场尺寸对计算精度的影响，寻找合适的耦合界面网格尺寸和流场网格尺寸渐变率，采用声-结构耦合法模拟了水中冲击波作用下圆柱壳的动态响应和气泡脉动载荷，对比仿真、试验和理论结果，验证冲击波和气泡载荷的计算精度。以水面浮船为研究对象，对比了仅冲击波载荷和考虑气泡载荷下浮船的整体位移、结构应力和毁伤形式，分析了气泡载荷对于结构毁伤的影响，推断了塑性铰的形成机理。 (3)建立了某深潜装置的简化模型，运用声-结构耦合法计算了模型在水下爆炸载荷下的动态响应，讨论了水中冲击波的传播。对比了仅计算冲击波和考虑气泡脉动下舱段平台的响应谱。结果表明气泡载荷会加剧平台响应，尤其对低频段响应。计算了不同潜深、炸药冲击因子、炸药攻角下各舱段平台响应，结合舱段板加速度曲线和响应谱曲线分析各参量变化对设备冲击环境的影响。 |
| 作者： | 范金鹏 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 孙晓丹 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
