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潜艇上浮局部结构撞击分析方法研究
| 论文题名： | 潜艇上浮局部结构撞击分析方法研究 |
| 关键词： | 潜艇;上浮局部结构;撞击过程;安全性评估 |
| 摘要： | 撞击事故是潜艇服役期间可能遭遇的较为常见的事故之一，撞击发生后导致的结构失效、舱室破损会严重危及舰船生命力和人员的生命安全，因此对于潜艇的撞击强度研究具有重要的工程意义，但目前少有针对潜艇上浮撞击问题的研究。本文对潜艇外部与内部撞击机理进行了总结与梳理，通过自主构建的假想潜艇与水面船，分析了潜艇上浮撞击过程中产生的撞击响应，着重研究了撞击过程中潜艇指挥台围壳结构产生的失效以及该结构在撞击作用下的安全性评估方法，并针对撞击计算中呈现的薄弱环节，提出了针对围壳结构构型与结构尺寸优化流程，旨在为潜艇指挥台围壳的撞击安全性设计提供参考。具体内容如下: 第一，对于艇船撞击的外部机理，以解析法为基础，推导了应用于艇船撞击过程中撞击结构的总体运动和能量变化过程。对于艇船撞击的内部机理，着重讨论了在潜艇上浮撞击过程中可能出现的结构失效问题，给出了非线性有限元方法分析撞击问题的基本原理和关键技术; 第二，通过非线性有限元方法对潜艇与水面船舶撞击过程进行了数值模拟，通过设定不同的正浮、纵倾、横倾工况研究了艇船撞击过程运动和撞击响应，定性了撞击过程中指挥台围壳结构的失效模式，对撞击过程中能量传递过程以及关键构件的吸能做了定性以及定量分析，分析了撞击力的变化及接触力的分布状况，并引入了谱加速度的概念分析了不同吨位比和不同撞击速度下两撞击物的冲击环境差异; 第三，提出了一种利用舱段-船体梁的组合模型来简化撞击过程，利用拟合公式的方法建立了最大撞击力与撞击速度的关系;将围壳侧方加筋板结构等效为具有带板影响的纵横交错的骨架结构理论模型，给出了撞击作用下垂向骨材的安全性评估方法;提出以围壳加筋板屈曲失效作为整体失效准则，给出撞击作用下围壳加筋板的安全性评估方法，并用于估算潜艇上浮撞击的极限安全速度; 第四，根据撞击过程中指挥台围壳结构产生的结构失效，结合屈曲失稳强度的评估方法对原始结构进行结构加强设计，从构型与尺寸两方面的优化入手，使其在满足强度使用要求的前提下达到结构轻量化的目标。结构优化后围壳整体较原始结构增重40.12％，但总体优化结果显著，围壳结构的整体屈曲失稳临界载荷提高了392.15％。 |
| 作者： | 张文博 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 郭君;王军 |
| 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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