详情

原文传递空中爆炸载荷作用下舰船典型结构动态响应研究

论文题名：	空中爆炸载荷作用下舰船典型结构动态响应研究
关键词：	空中爆炸载荷;舰船结构;非接触爆炸;动力学;动态响应;隔振系统
摘要：	水面舰船在作战时，不可避免会遭到敌方反舰武器的攻击,水下反舰武器如水雷、鱼雷；空中反舰武器如反舰导弹、航空炸弹等。从产生的破坏效果来看，舰船及其设备遭受到的攻击可分为接触爆炸和非接触爆炸两大类。随着防御武备的不断发展，特别是射束武器和雷达干扰技术的发展，反舰武器很可能被提前引爆，使舰船遭受非接触爆炸攻击的概率增大。对水面舰船而言，根据爆炸时所处流体介质的不同，可分为空中非接触爆炸和水下非接触爆炸两类。空中非接触爆炸主要是对舰船的舰体结构、操船系统、武备系统、动力系统、电力系统、电子通信指挥系统形成破坏，使舰船削弱、甚至完全丧失战斗力和生命力。桅杆是现代舰船的一种重要的上层建筑，在上面搭载着精密的雷达系统、通信、指挥系统、气象观测等电子仪器、设备，是舰船航行和作战的耳目。因此，研究空中非接触爆炸对舰船的破坏效应，在设计阶段预报舰船结构在非接触爆炸下的响应，研究舰船结构及设备的抗冲击分析方法以及舰船设备隔振系统的研究，对提高舰船的战斗力和生命力具有重要的工程应用价值。本文针对水面舰船结构在非接触爆炸下的一些动力学问题及其应用，采用理论分析和数值计算相结合的方法开展研究。研究主要包括几个方面的内容：爆炸载荷及其在空气中的传播；流固耦合作用下舰船桅杆结构的动态响应；几种舰船设备隔振系统对改善设备抗冲击环境的研究。本文的主要研究工作与结论如下：（1）通过对空中爆炸冲击波的形成、特性和传播规律的研究，整理归纳了自由大气爆炸冲击波参数计算方法和计算公式，并对这些公式进行了比较和分析。通过比较，了解了各公式的适用范围以及相互间的差异，并分析确定了适合本文进行比较研究的公式。对于空中爆炸冲击波，利用MSC.Dytran大型有限元软件模拟爆炸冲击波在空中的传播，得到具有足够计算精度的结果。（2）通过对空中爆炸冲击波传播的全过程的数值模拟，讨论了不同网格密度和不同炸药模拟方法对计算结果的影响。网格密度系数越大，冲击波峰值压力与经验值的误差越小，计算精度越高；炸药采用不同的状态方程，同时采用具有二阶精度的ROE求解器进行数值模拟计算。通过计算结果比较发现，运用JWL状态方程模拟炸药比用Gamma律气体状态方程的计算结果更准确。（3）采用多欧拉耦合的方法，以舰船桅杆结构和其他上层建筑为研究对象，进行了结构动态响应的研究。重点研究了不同空中非接触爆炸载荷下桅杆结构响应特性，包括结构应力及损伤变形分析，结构能量吸收分析等结构响应特征。通过数值计算能够得到桅杆上各个位置的应力、位移、速度、加速度响应，对桅杆的抗爆能力进行评估，而得到的位移、速度、加速度随时间变化的曲线，可以作为考核桅杆上电子仪器、设备抗冲击能力的冲击输入条件。（4）比较计算了单层隔振器、双层隔振器和悬挂式隔振器对于改善舰船设备的冲击环境的作用,隔振系统可以有效降低传到设备上的加速度、速度和变形量。同时输出了三种隔振系统随频率变化的传递率曲线，分析了三种隔振系统的传递特性。悬挂式隔振器同时能有效地利用舰船内部空间，有效提高了舰船的隐身性和安全性。
作者：	崔颖
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	尹群
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文