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大型水面舰艇舷侧防护结构内爆的数值模拟研究
| 论文题名： | 大型水面舰艇舷侧防护结构内爆的数值模拟研究 |
| 关键词： | 水面舰艇;舷侧防护结构;数值模拟;空中爆炸;冲击波传播;塑性响应;抗爆设计 |
| 摘要： | 在现代海战中，随着反舰武器命中精度的提高和爆炸威力的增强，大型水面舰艇遭受反舰武器攻击的概率和破坏程度也随之增大。舰船被动防护结构是其最后一道防线，防护结构是否安全可靠直接关系到舰船的生命力。本文针对反舰武器战斗部在大型水面舰艇舷侧多层防护结构内部爆炸，采用理论分析和数值计算相结合的方法开展研究，主要研究内容与结论如下： （1）研究了空中爆炸冲击波的产生及传播规律。应用非线性动力学软件MSC.DYTRAN，对空中爆炸冲击波传播的全过程进行数值模拟，计算结果与经验公式吻合，验证了软件和仿真方法的可行性和准确性。讨论了不同的炸药状态方程对空中爆炸冲击波计算结果的影响。得出相关结论：在模拟爆炸冲击波在空气中传播时，可按能量相等的方法将炸药模拟为高压气体球，采用Gamma律状态方程和ROE求解器，将得到更准确的结果。 （2）在一定假设的基础上推导板架在爆炸冲击波作用下响应的理论表达式，结合算例与相关文献试验进行对比。考虑到反舰武器攻击舰船防护结构的特点，研究了板架的受载范围，建立合适有限元模型分析板架在爆炸冲击波作用下的塑性响应模式。 （3）对舰船舷侧多层防护结构在爆炸载荷作用下的破坏进行了研究，实现了反舰武器战斗部装药在舰船舱室内爆过程的数值仿真。针对角隅结构设计四种连接形式，分析在爆炸载荷作用下各种角隅形式的舱室结构破坏模式，并提出抗爆性能较好的角隅加强结构形式。 （4）模拟了100kg TNT装药爆炸时空气流体与结构非线性耦合响应的动态过程及破坏特征，在分析的基础上提出防护结构的合理设计思路。在泻爆舱设置合理的泻爆孔及较薄弱的舱壁结构，引导爆炸冲击波顺船长方向传播，将会很大程度的减小冲击波向内层舱室传播。 （5）实现了装药与壳体流固耦合产生破片的爆轰过程数值模拟，研究了反舰导弹战斗部爆炸后破片分布规律、速度特性以及考虑破片能量时冲击波的强度。得出如下结论：从破片质量分析的结果来看，战斗部爆炸时0.1～1g之间小质量破片占大多数；破片的速度均在2240～2334m/s之间，与破片质量大小无关。这种情况下舰船舷侧防护结构应能阻挡100g以上的破片的冲击破坏。 本文所给出的结论和建议，对舰船的抗爆研究及设计具有一定的参考价值。 |
| 作者： | 孔祥韶 |
| 专业： | 海洋工程结构 |
| 导师： | 吴卫国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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