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水下爆炸冲击波作用下螺旋桨动态响应计算研究
| 论文题名： | 水下爆炸冲击波作用下螺旋桨动态响应计算研究 |
| 关键词： | 螺旋桨;水下爆炸;流固耦合;动态响应 |
| 摘要： | 螺旋桨是舰船结构的核心部分，研究螺旋桨结构在水下爆炸冲击波作用下的动态响应特性，对于认识螺旋桨的抗冲击性能具有重要意义。采用商业有限元软件进行螺旋桨水下爆炸动力学特性分析时，由于实际螺旋桨结构非常复杂，操作软件的菜单命令分析时，非常繁琐且耗时，容易出现错误。要得到精确的数值解，需要建立足够精细的有限元模型，计算速度非常慢。数值模拟过程中，流固耦合作为数值分析的一大关键难点，使用商业软件模拟时很可能会遇到数值分析上的技术困难。因此，有必要开发一套用于计算水下爆炸冲击波作用下螺旋桨动态响应的程序。本文主要研究内容如下： （1）提出简化的螺旋桨分析模型，并对三叶桨模型进行受力分析，得到理论上冲击响应最大的桨叶作为理论分析对象。采用Cole的水下爆炸半经验公式计算入射波压力，采用双渐近法研究水下爆炸的流固耦合问题，建立流固耦合方程。根据有限元方法求解结构动力学方程，使用梁单元模拟螺旋桨结构，最后用直接积分Newmark方法计算螺旋桨水下爆炸冲击波作用下的动态响应，给出了Newmark方法的求解步骤和对应的程序。为后续水下爆炸冲击波作用下螺旋桨动态响应计算软件（PDRS）开发程序编写过程奠定基础。 （2）对ABAQUS声固耦合理论进行归纳总结，得到了水下爆炸载荷的输入方法。使用ABAQUS软件验证圆柱壳在水下爆炸冲击下的响应这一经典算例，得到了可以用于计算水下爆炸的一套有效方法。然后基于螺旋桨结构进行水下爆炸数值模拟，分别研究水下爆炸工况设置中的影响参数对螺旋桨冲击响应的影响规律。此外，基于有限元的结构动力学理论，列出了梁运动方程，给出了考虑剪切效应的梁单元刚度矩阵和质量矩阵，将二阶双渐进方程（DAA2）和梁运动方程相结合得到求解螺旋桨梁响应的方法。 （3）基于MATLABGUI用户界面开发了水下爆炸冲击波作用下螺旋桨动态响应计算软件（PDRS），通过典型工况计算，得到了螺旋桨在水下爆炸冲击波下的位移、速度和加速度响应。与ABAQUS软件计算的结果进行对比，误差范围均在25%以内。说明本文开发的软件可以用于计算简化螺旋桨在水下爆炸冲击波作用下的动态响应。 |
| 作者： | 蔡登有 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 刘加一;张满弓 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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