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原文传递水下爆炸载荷下船体结构总纵强度分析及相似性研究

论文题名：	水下爆炸载荷下船体结构总纵强度分析及相似性研究
关键词：	船体结构;声固耦合法;水下爆炸;模型试验;畸变模型
摘要：	随着精确制导武器如鱼雷在各国海军中的使用，舰船结构强度受到很大的威胁。水下非接触爆炸产生较大的冲击动弯矩，可能严重威胁到舰船的总纵强度，水下爆炸冲击下舰船结构总纵强度的研究日益受到重视。本文采用声固耦合法，对水下爆炸载荷作用下舰船结构总强度开展了相关的研究，能够为舰船抗爆结构设计提供指导。目前，由于开展实船抗爆炸冲击试验的局限性，利用相似理论开展相关的缩比模型试验是较为现实的手段，本文利用水下爆炸相似理论，针对实船缩比模型试验中的相似问题进行了研究，旨在对舰船水下爆炸模型试验的开展提供一定的参考价值。本文主要研究内容如下:(1)首先介绍了声固耦合数值计算方法，基于船体梁模型试验的数据，验证了数值方法在计算水下爆炸结构响应的有效性。　　(2)对某舰船进行了有限元建模，从船体结构振型特性的角度对有限元模型的准确性进行了验证。在此基础上，利用声固耦合数值方法，计算多种工况下舰船剖面平均应力、鞭状运动幅值、等效塑性应变等总体响应特点，总结了爆点时空分布对舰船总体响应的影响规律;同时计及气泡脉动载荷对该型舰船冲击环境分布规律进行了研究，旨在为舰船抗冲击设计提供参考。　　(3)结合水下爆炸作用下船体梁鞭状运动现有的理论模型，提出了船体梁简化有限元模型。将简化有限元模型和全船有限元模型计算得到的冲击动弯矩结果对比，结果表明在冲击因子较小或结构塑性应变很小时，简化有限元模型计算误差小于20％，满足工程精度要求;计及冲击动弯矩对某舰船水下非接触爆炸总纵强度进行了校核。　　(4)对舰船原型与缩比模型试验水下爆炸动响应相似性进行了研究，利用相似理论量纲分析法对弹塑性结构在冲击波载荷下响应相似准则进行了推导，基于完全几何相似的加筋板模型证明了相似准则的正确性。同时，推导了船体梁结构在气泡脉动载荷下响应相似准则，基于完全几何相似的船体梁模型证明了相似准则的正确性。　　(5)对于全船完全几何缩比模型的在水下爆炸试验的局限性，即当所有构件按照缩比尺寸进行缩比时，将导致某些板厚和型材尺寸过小。针对以上实际问题，本文以完全几何相似模型为基准，对板厚和型材进行了一定程度的畸变，利用有限元预测系数法，得到畸变模型响应和基准模型响应的转换关系，实现用畸变模型预测原型的动响应。　　(6)根据气泡脉动载荷下结构响应相似准则，完全几何缩比模型与原型响应相似时要保证爆源处的静水压相等，定义爆源静水压与原型相等的完全几何相似模型为基准模型，考虑静水压的畸变，利用有限元预测系数法，得到静水压畸变模型响应和基准模型响应的转换关系，实现用畸变模型预测原型的动响应。
作者：	黄亚舒
专业：	船舶与海洋工程
导师：	姚熊亮;冯麟涵
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2022