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舰船水下非接触爆炸响应的数值模拟
| 论文题名： | 舰船水下非接触爆炸响应的数值模拟 |
| 关键词： | 军用舰船;水下爆炸;爆炸载荷;舰船设计 |
| 摘要： | 舰船的抗冲击性能是各海军强国目前关心的重要课题之一。本文对舰船结构和推进轴系的水下非接触爆炸响应的数值模拟进行了研究，为舰船抗冲击性能设计提供参考数据。主要研究内容包括： 第一章介绍研究背景及意义、水下爆炸载荷及国内外舰船抗冲击研究现状，给出论文的研究内容， 第二章详细阐述了水下爆炸冲击波载荷及气泡脉动，探讨了空化现象，以Taylor平板理论分析产生局部空化的机理，介绍了建立流固耦合方程的过程，为后续的爆炸响应分析提供理论基础。 第三章按照图纸的技术深度建立了详细完整的船体模型、主要设备的基座以及附体结构。根据整舰及壳体各段位置之间的总量分布设置了集中质量，使模型的质量分布更符合实际；综合考虑了有限元模型的大小、计算精度及效率，适当选择流场与结构半径比例，以由下而上的方法建立了流场模型，合理地控制了网格划分密度。模态分析结果表明模型的整体刚度基本符合实际，为进一步的结构分析提供了完整有效的船体结构及流体模型。 第四章采用有限元的方法，综合流固耦合及空泡作用，计算了水下非接触爆炸冲击作用下船体结构的响应。分析结果表明：舰船底部的速度极值随爆炸距离增加呈现出指数衰减的规律；随着高度的增加船体的加速度响应减小而速度响应增大；当爆炸当量较大，爆心距离船体较近时，船体垂直的较薄的板壳最先出现塑性变形，如离爆心较近的底部加强肋，主隔舱壁等，而强硬结构如主龙骨以及旁龙骨因厚度较大、强度较高等原因基本没有出现塑性变形。 第五章研究了推进轴系的冲击响应，采用两种方法进行分析，即分别在整舰环境下和在各支撑轴承激励相同的假设下对轴系进行模拟计算。第一种方法的计算结果是：各支撑轴承加速度响应随着爆炸距离的减小呈现增大的变化，轴承之间的响应基本上比轴承大，整个轴系的加速度响应的变化比较平缓，最大相差8.47倍；第二种方法的计算结果是：各个支撑轴承的加速度响应基本相同，而相邻两个轴承之间的加速度响应呈正弦分布，整个轴系的响应变化剧烈，最大相差44倍，且比第一种方法所得到的结果偏小。虽然第二种方法的计算时间远比第一种方法少，且不需要建立复杂的船体模型，但是第一种方法所得到的结果更符合舰船受冲击作用下的响应变化规律，所以此方法更合理。 第六章对本研究进行了总结，指出了需要进一步深入考虑的问题。 |
| 作者： | 罗超 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 张志谊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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