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冲击波厚波头诱导圆柱壳结构毁伤机理研究
| 论文题名： | 冲击波厚波头诱导圆柱壳结构毁伤机理研究 |
| 关键词： | 水下航行器;水下爆炸;冲击波载荷;圆柱壳;板架结构 |
| 摘要： | 水下航行器在水下非接触爆炸冲击波载荷作用下的毁伤机理不仅与结构形式以及材料参数等因素有关，而且跟输入载荷特征有着密切联系。水下厚波头冲击波载荷具有高峰值、长脉宽的载荷特征，与潜艇圆柱壳结构耦合过程中会产生不同的变形破坏效应。实船实验的成本高昂，一般采用缩比模型实验对毁伤效果进行预报，因此模型与原型间的相似准则至关重要。本文以水下爆炸载荷、板架结构、舱段结构、加筋圆柱壳结构和水下无人航行器为研究对象，采用缩比试验与数值研究相结合的方法，研究水下爆炸模型试验相似性以及厚波头冲击波载荷作用下圆柱壳结构的毁伤特性。 首先介绍了水下爆炸物理过程、冲击波传播理论以及基于ALE算法的水下爆炸数值仿真方法。然后结合水下爆炸冲击波对平板/圆柱壳结构的毁伤特征理论研究，采用数值方法计算加筋圆柱壳模型动态响应试验，比对仿真与实验数据，验证了数值方法的可靠性。最后通过装药形状参数对爆炸冲击波载荷的空间分布特征进行讨论，获得了小当量锥形装药在起爆端的冲击波具有厚波头冲击波载荷特征。 其次针对水下非接触爆炸缩比模型试验相似规律问题，本文采用Buckingham的π定理，在满足单值条件的前提下，讨论了单值物理量对水下爆炸冲击因子的影响。从单值量相似的角度出发推导了水下非接触爆炸冲击波平面波效应条件下的一种新型冲击因子。以某型舰船的典型平板、加筋板架和船舯舱段结构为研究对象，采用数值与试验相结合的方法，在不同缩尺比条件下，从目标结构的变形挠度和变形速度方面评估新型冲击因子的有效性。 然后基于水下爆炸条件下冲击波载荷在圆柱壳结构表面的传播特性研究，采用数值方法，对水下爆炸冲击波在单/双层加紧圆柱壳结构表面的空间分布特征进行分析。在满足新型冲击因子条件下，以某型潜艇中段舱段结构设计了圆柱壳缩比模型，分析单/双层加筋圆柱壳结构在锥形装药爆炸产生的厚波头冲击波载荷作用下的毁伤特性。 最后通过分析厚波头冲击波与背空板架缩比模型耦合响应试验，提出在爆距满足一定条件下，背空板架结构的毁伤模式为塑性变形。结合水下航行器内部设计结构，采用冲击谱理论考核水下航行器冲击环境剧烈程度，分析厚波头冲击波载荷对冲击环境的影响规律。计算得到载荷特征对结构冲击环境的影响，在此基础上又设计了理想化厚波头冲击波载荷分析对水下航行器冲击环境的影响规律。 |
| 作者： | 赵坤 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 朱世范 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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