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原文传递动态爆炸载荷对典型舱室结构的毁伤效应研究

论文题名：	动态爆炸载荷对典型舱室结构的毁伤效应研究
关键词：	水面舰艇;动态爆炸;载荷特性;毁伤效应;反舰武器;舱室结构
摘要：	反舰武器是大型水面舰艇面临的重要威胁，其在自身高速运动下能穿透舰船舷侧或甲板结构，进入舱室内部后仍维持一定运动速度发生动态爆炸，生成冲击波、高速破片等毁伤元对舱室结构造成破坏，受运动速度影响，其毁伤元载荷特性及对舱室造成的毁伤不同于静止爆炸，且随着各类超高速反舰武器的出现，反舰武器运动速度对毁伤元的载荷特性及毁伤效应的影响已不可忽略，为掌握动态爆炸毁伤元载荷特性及动爆载荷作用于舰船舱室结构造成的毁伤效应，支撑超高速反舰武器研制与高效防护结构设计，需要开展动态爆炸载荷对典型舱室结构的毁伤效应研究。　　本文以半穿甲型反舰武器战斗部在舰船舱室内部发生动态爆炸为研究背景，针对现有研究中舱内动爆载荷特性研究相对较少且缺乏试验数据支撑、动爆载荷对舱室结构的毁伤效应研究不够充分等问题，采用理论分析、数值仿真与试验相结合的方法，开展动爆载荷特性、动爆载荷单独作用及动爆载荷联合作用对舱室结构的毁伤效应的研究。　　（1）开展了舱内战斗部爆炸载荷特性的试验研究，结果表明，当战斗部动爆时，位于战斗部运动速度正向的测点的初始冲击波超压峰值较静爆下的增大，破片的径向飞散速度较静爆下的更快，且破片的飞散角向弹头方向偏移。采用有限元软件开展了舱内战斗部动态爆炸的数值仿真研究，结合经验公式结果及试验结果，验证了数值仿真方法的有效性。　　（2）研究了战斗部运动速度对舱内爆炸冲击波和破片载荷特性的影响，以及动爆冲击波和破片载荷单独作用下造成的典型舱室结构的毁伤效应，结果表明：1）装药动爆下舱内冲击波场的分布呈非对称性，装药运动速度的提高对面对和背对速度方向处的冲击波载荷分别存在增强和削弱效应。典型单舱室结构在动爆冲击波载荷作用下的毁伤特征受装药运动速度和装药当量的影响，随着装药运动速度的提高，面对装药运动方向的板架的毁伤程度增强，背对装药运动方向的板架的毁伤程度削弱，当装药当量较大时，平行于装药运动方向的板架的毁伤程度对装药运动速度的改变更为敏感。典型多舱室结构整体毁伤范围及程度受装药运动速度的影响，随着装药运动速度的提高，面对装药运动方向的邻舱板架的毁伤程度增强，背对装药运动方向的邻舱板架的毁伤程度减弱，舱室结构整体在水平和垂直方向上呈现“十”字形的非对称毁伤破坏。2）战斗部运动速度对沿战斗部运动方向飞散的破片的速度存在增强效应，对沿战斗部运动反方向飞散的破片的速度存在削弱效应，破片群的整体飞散区域向战斗部运动方向偏移。圆柱形战斗部在典型单舱室中心动爆产生的破片对各类板架造成不同程度的毁伤，随着战斗部运动速度的提高，面对战斗部运动方向的板架的毁伤程度增强，背对战斗部运动方向的板架的毁伤程度减弱，平行于战斗部运动方向的板架上的毁伤区域向战斗部运动方向偏移。　　（3）采用理论方法分析了动爆冲击波与破片载荷的联合作用特性，建立了动爆冲击波与动爆破片的联合作用临界距离的理论计算模型，发现战斗部运动速度对战斗部运动正、反方向上的联合作用临界距离存在明显影响。采用数值仿真方法分析了战斗部运动速度对联合作用临界距离的影响，验证了理论计算模型的合理性。研究了动爆载荷联合作用下造成的典型多舱室结构的毁伤效应，结果表明，战斗部动爆产生的冲击波与破片载荷作用于各类板架的时序不同，当战斗部运动速度为600m/s时，当舱板架首先受到冲击波的作用，随后受到破片群的打击；邻舱板架的毁伤过程可分为动爆载荷的联合作用和当舱板架的撞击两个阶段。随着战斗部运动速度的提高，面对战斗部运动方向的邻舱板架的毁伤程度增强，背对战斗部运动方向的邻舱板架的毁伤程度减弱；舱室结构整体在水平和垂直方向上呈现“十”字形的非对称毁伤破坏。
作者：	朱春晓
专业：	船舶与海洋工程
导师：	李俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022