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超弹夹芯覆盖层的水下抗爆机理及实验研究
| 论文题名： | 超弹夹芯覆盖层的水下抗爆机理及实验研究 |
| 关键词： | 水下爆炸;抗爆机理;抗冲瓦结构;超弹夹芯;夹芯覆盖层;冲击动力学;船体结构 |
| 摘要： | 如何采取有效措施来防止和减轻水下爆炸对舰艇的破坏作用，是当前海军十分关注的问题。新型抗冲瓦结构利用超弹性薄壁芯层在压缩时屈曲变形形成的应力平台期，能有效降低爆炸波入射冲量，保护主船体结构并改善设备冲击环境，展现出了良好的实际效果和应用前景。 由于水下爆炸现象的瞬时性以及抗冲瓦变形形式的复杂性，目前对于其用于实船水下抗爆时的作用机理认识还很不完善。本报告以这一新技术为研究背景，从抗冲瓦芯层的冲击动力学特性、冲击波传播及流固耦合机制、均匀化计算方法等几方面进行了较深入的探索，力争对抗冲瓦的水下抗爆炸防护机理做出更深刻的阐释，为抗冲瓦的实船应用及优化设计打下良好的理论基础。具体而言，包括以下几方面的内容： 一、超弹性芯层的冲击动力学分析：超弹性芯层受到不同冲击载荷时的动态压缩及回弹机制，是分析抗冲瓦水下抗爆机理的重要理论基础。报告分析了以超弹橡胶制成的方孔薄壁周期芯层受冲击载荷时的动力学过程，详细探讨了材料特性、应变率、惯性效应及初始几何缺陷等多种因素对结构冲击力学行为的影响。 二、冲击波传播及流固耦合机制的研究：流固耦合问题是分析结构受水下爆炸响应问题的一个难点，特别是当考虑冲击波传播与芯层大变形相互作用时。建立了考虑流体、央层板及结构的一维流固耦合模型，分析了芯层为不同密度的聚乙烯泡沫时夹芯结构的水下爆炸响应问题。讨论了芯层相对密度对面板壁压、入射冲量、主结构响应及弹性支撑的反力等参量的影响，并分析了前面板材料及厚度对于夹芯结构爆炸响应的影响规律。 三、均匀化计算方法的探讨：芯层周期薄壁的复杂性决定了在全船分析时无法对其几何细节进行建模，而对芯层进行均匀化处理是有效的方法之一。针对芯层为会属格构桁架芯层的三维金属夹层板，根据应变能密度函数相等原则建立了考虑应变率效应的均匀化本构模型。在此基础利用弹性泡沫模型对缩比模型的爆炸试验进行了分析计算。 四、抗冲瓦的实验研究：针对抗冲瓦的实际效果，开展了缩比模型试验和实船试验。综合几次试验结果，通过对贴瓦前后爆炸压力、加速度、应变及冲击谱的比较，对抗冲瓦的作用机理及实际效果进行了讨论。 |
| 作者： | 谌勇 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 黄震;沈荣瀛 |
| 授予学位： | 博士后 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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