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舰船冲击环境分形特性研究

罗寅  
【摘要】: 舰船冲击环境是评估一艘舰船生命力的重要指标,也是反映一艘舰艇抗打击能力的重要指标,准确的对舰艇遭受典型武器命中后的冲击环境进行计算和分析是舰艇生命力设计与评估的前提条件。但是在水下爆炸冲击载荷的作用下,舰船的非弹性响应十分复杂,其响应在空间上是无序分布的,在实际工程应用中,冲击谱只能描述舰船结构具体位置点处的冲击环境,要从区域和舰船总体的角度对舰船响应分布的规律进行分析和量化比较困难。针对这一问题,本文在对冲击谱方法研究和实际应用的基础上,进一步采用分形理论对冲击作用下舰艇响应分布规律进行了分析和研究。具体工作如下: 1、从冲击输入和舰船响应两方面入手,对水下爆炸下舰船冲击环境的基本问题进行系统描述。从冲击输入的角度对水下爆炸基本现象以及冲击因子进行总结论述,从舰船响应的角度对舰船响应的一般特点及常用描述方法——冲击谱方法进行论述,并提出冲击谱的生成方法。 2、对舰船冲击环境的数值特征进行研究,作为后续研究的基础,主要包括水下爆炸数值模拟方法和舰船冲击响应谱分布特点两部分内容。水下爆炸数值模拟方法集中论述水下爆炸数值模拟方法的流程和需要注意的问题,并对工况设置进行介绍。后一部分主要运用冲击谱研究方法对舰船冲击响应分布的特点进行研究。 3、在数值分析的基础上证明分形理论研究舰船冲击环境的可行性。首先对分形理论作必要的介绍,提出了舰船冲击响应分布分维的测定方法——盒子法。分别从影响舰船响应分布的三个方面(冲击因子、网格尺度和舰船自身结构)出发,研究各因素对舰船响应分布的分维的影响,并最终证明分维可以定量表征舰船结构在受水下爆炸冲击作用后的损伤剧烈程度。 4、基于多重分形理论提出了舰船冲击环境的研究方法。对多重分形理论以及多重分形谱的计算进行了必要的论述,运用多重分形研究得出了舰船冲应响应分布的多重分形谱,证明舰船结构响应分布满足多重分形的特征,并从舰船变形的角度证明了多重分形谱参数对舰船变形是很敏感的。并基于多重分形理论得到了舰船结构破损的预报公式。


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