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《大连理工大学》 2010年
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铝合金艇在水下冲击波作用下动态响应的数值研究

许斐  
【摘要】: 在海战中,水下爆炸载荷是水面舰艇的主要威胁之一。水下爆炸产生的冲击波能造成设备损伤、人员受伤和船体的严重破坏。由于铝合金材料近些年来在造船业的广泛应用,使它很有可能成为某些小型舰艇的一种新型材料。因此,铝合金舰艇的抗冲击性能将会越来越被受到关注。本文针对铝合金舰艇抗冲击研究较少这一情况,主要研究内容包括: 首先对水下爆炸的基本现象进行了描述,使对水下爆炸有一个直观的认识。对计算水下爆炸载荷的Geers Hunter模型和模拟水下爆炸流-固耦合的声-固耦合方法进行了详细的阐述,并且对计算离散的流体和固体动力方程的中心差分法也进行了详细的描述。这些都为数值模拟结构在水下爆炸载荷作用下的响应提供理论基础。 其次使用ABAQUS中内嵌的声-固耦合法计算了圆板和圆桶模型遭受水下冲击波载荷作用下的动力响应,并将计算所得结果与实验值进行了比较。数值结果与实验值吻合良好,验证了声-固耦合法模拟水下爆炸的可靠性和准确性。 接着运用该数值方法对铝合金圆板和钢板在水下冲击波载荷作用下的响应进行了比较。不仅考虑了材料的密度、应变率、弹性模量和屈服极限的影响,而且还考虑了炸药药量和爆距的变化。结果表明材料的密度在抗冲击过程中起主要作用;在冲击因子较大时,材料应变率可以提高结构的抗冲击性能;另外材料的抗冲击性能与材料弹性模量和屈服极限也有一定关系。 最后建立了一艘小型铝合金艇的有限元模型,使用同样的方法分析了铝合金艇遭受水下冲击波载荷的动力响应特性。分别考虑了药包在不同船长位置、不同舷侧角度和不同深度爆炸等多种情况,得出了铝合金艇在典型位置的加速度、速度、位移和应力应变等响应量的时间历程曲线,各响应量峰值的变化规律,塑性变形区域和塑性变形曲线以及水域的压力变化和空化等。这些计算结果对铝合金舰艇的抗冲击特性具有一定参考价值。 本文主要对铝合金艇的抗冲击性能进行了初步的摸索,铝合金艇的抗冲击结构设计以及铝合金艇与钢制舰艇的比较需要后续做更深入的研究。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U674.70

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【引证文献】
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【参考文献】
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