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水下爆炸作用下含液舱船体结构冲击响应及试验方法研究
| 论文题名： | 水下爆炸作用下含液舱船体结构冲击响应及试验方法研究 |
| 关键词： | 船体结构;水下爆炸;液舱结构;冲击响应;相似理论 |
| 摘要： | 作为提高舰船生命力的重要结构之一，含液舱结构对船体结构抗爆性能的优劣起到重要作用。水下爆炸过程具有高瞬态性和高复杂性，冲击载荷与结构的相互作用一直是研究的重点和难点。实船试验是船体结构抗冲击研究的最有效方法。基于相似理论的模型试验对船体结构的抗爆研究及防护设计具有重要指导作用。 首先，阐述了水下爆炸载荷形式，讨论了水下爆炸冲击谱的计算与圆整方法。在计及液舱装载状态的同时，分别对舱内不同甲板结构沿舱段长度方向的冲击环境分布特征进行了计算分析。研究了不同冲击因子下舱段结构冲击环境分布规律，结果表明，当冲击因子增大时，高频响应所受影响最大。考虑舱段刚体运动对冲击环境分布规律的影响，发现刚体运动对冲击谱中低频段影响显著，对高频段影响不大。 其次，利用数值方法对冲击波传播规律进行分析，探究了水下爆炸冲击波在舱段结构和周围流域中的传播情况。接着研究了液舱空载和满载状态下舱段局部结构的塑性变形以及能量吸收情况。最后讨论了不同装载条件对含液舱塑性变形、速度峰值以及结构吸能的影响程度。结果表明，随舱内液位的增加外板永久塑性变形减小效果明显。在考虑减小资源消耗的情况下，液舱60％装载可以达到最好的抗爆吸能效果。 再次，开展了船体舱段试验，得到自+由场压力结果与舱段结构的动响应及毁伤结果试验数据，研究了水下爆炸作用下含液舱段结构空载和满载的冲击响应规律特征，并将试验结果与数值结果进行对比分析，探究了含液舱船体结构在不同装载下产生破坏形式的差异及原因。 最后，应用量纲分析法对水下爆炸冲击波载荷进行相似性分析，导出与冲击波相关的相似准则，并验证了冲击波载荷相似率的正确性。在完全相似理论基础上，讨论当单个或多个相似条件不能满足时的畸变模型并对预测方法分析讨论。考虑结构参数与表征结构动态响应的物理量，开展冲击波载荷作用下的结构动力学相似率研究。依次对船体板架及舱段结构进行相似准则的推导并进行预测值验证，相似模型结果经相似处理后与原型动响应结果吻合度较高。接着考虑装药量和结构尺寸不能满足相似率条件的情况，得到对应的畸变模型。将畸变模型的响应结果进行曲线拟合，获得预测系数与畸变系数的对应关系。并对畸变模型预测原型的动响应结果进行数值验证，预测误差在15％以内。 |
| 作者： | 隋可鑫 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 滕晓艳;刘江 |
| 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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