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梯度波纹夹芯结构抗水下爆炸性能研究
| 论文题名： | 梯度波纹夹芯结构抗水下爆炸性能研究 |
| 关键词： | 舰船防护;波纹夹芯结构;梯度设计;水下爆炸载荷;吸能能力;防护性能 |
| 摘要： | 轻质夹芯结构具有较大的比强度和比刚度，在水下爆炸冲击载荷作用下具有优异的缓冲和抗冲击吸能特性。将轻质夹芯结构应用于舰船关键部位可有效提高舰船抗水下爆炸冲击防护能力。通过对夹芯结构多层芯子的梯度设计，利用各层芯子变形的耦合效应，提升结构吸能能力，可以实现更优的抗水下爆炸冲击性能。 本文设计了一种多层密度梯度波纹夹芯结构，采用实验与仿真相结合的方法开展水下爆炸载荷下多层梯度波纹夹芯结构防护性能研究。 首先，采用折弯-真空钎焊的方法制备了钢质多层均质波纹夹芯结构和钢质多层密度梯度波纹夹芯结构试验件。通过搭建水下爆炸实验水罐，进行药式水下爆炸试验，利用200克TNT炸药近水面爆炸产生水下爆炸冲击波。通过动态测试装置测试夹芯结构背爆面的传递载荷。对比分析了多层均质波纹夹芯结构和密度梯度波纹夹芯结构在水下爆炸载荷下的载荷传递和变形模式。 其次，利用LS-DYNA动态仿真分析软件模拟分析了钢质多层波纹夹芯结构的水下爆炸实验。将仿真得到的结构背爆面的传递载荷与实验测得结果进行了对比。系统研究了结构的能量吸收和芯层变形特性。讨论了构型对结构抗水爆性能的影响。对比分析了双波纹夹芯结构与单波纹夹芯结构的抗水爆性能。结果表明双波纹夹芯结构可以减少传递冲量，减小背爆面传递载荷，比单波纹夹芯结构具有更优的抗爆性能。 最后，利用LS-DYNA软件对边界夹支的双波纹夹芯结构抗水下爆炸性能进行了仿真分析。用无反射边界条件模拟无限水域条件下爆炸冲击波作用。以背板峰值挠度、背板边缘支反力以及能量吸收作为抗爆性能评价指标，进行了结构抗爆性能分析。讨论了梯度双波纹夹芯结构梯度比、面/背板厚度比、爆炸距离对结构抗水爆性能的影响规律。数据分析表明:密度梯度递增构型可以有效降低结构传递冲量，提升结构比吸能，其抗爆性能优于均质构型，对海上装备防护有参考价值。 |
| 作者： | 杨世杰 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 杨丽红 |
| 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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