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水下爆炸载荷作用下舰船总体毁伤评估方法研究

曾令玉  
【摘要】: 舰船结构的抗冲击能力关系着战时舰船生命力,历来受到各国海军的高度重视。实战和海上实验表明,非接触爆炸情况下,由于气泡载荷的作用舰船总体可能会出现一次性折断毁伤。各国制定的舰船结构抗冲击规范和评估方法都只针对冲击波造成的局部破坏,而考虑水下爆炸气泡作用的舰船结构总体毁伤的研究相当少,无法满足工程应用的迫切需要。为此,本文开展了以下研究工作。 以简化弹性船体梁为模型,采用势流理论和模态叠加法对气泡载荷作用下船体的鞭状响应作了理论分析,研究了船体梁长度的变化对变形的影响,从理论上证实了细长水面舰船极易发生大幅鞭状振动的结论。 针对整舰有限元模型,由Geers and Hunter模型获得冲击波压力,采用声固耦合法模拟冲击波阶段的船体响应,气泡脉动阶段船体响应则用边界元程序和ABAQUS软件中的结构非线性程序耦合求解。在程序中引入高效算法,明显提高了数值计算效率。然后,通过与已有实验对比研究,验证了方法的有效性。 分析了船体结构在冲击波和气泡作用下的破坏特征,重点对船底主要构件肋板和纵桁屈曲破坏模式和鞭状运动致使舰船总体毁伤的模式进行了研究。详细分析了水下爆炸作用下舰船剖面的平均Von. Mises应力、鞭状运动振幅、塑性应变等总体响应特点,总结了爆炸水深、爆炸方位角等参数对舰船总体响应的影响规律。 在舰船总体响应规律和毁伤模式研究的基础上,提出“人造波浪”弯矩的概念,总结了“人造波浪”弯矩工程化预报公式。综合考虑静水弯矩和波浪弯矩的作用,初步建立了以“人造波浪”弯矩预报为主体的水下爆炸作用下舰船总体毁伤的评估方法。


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