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舰船总体与局部强度水下爆炸实验方案研究

苏罗青  
【摘要】:本文以评估舰船船体的总纵强度和典型舱段结构局部强度为目的,对其进行不同的实验方案设计,基于工程应用的可行性、可控性和经济性,对实验方案设计中遇到的问题都做了较为详细的研究,旨在保证实验方案顺利实施和实验性价比最优的前提下,实现试验模型在工程精度允许的范围内准确预测原型的总纵强度和局部结构强度。具体的研究内容如下: 首先,总结了自由场中水下爆炸一次冲击波和气泡脉动相似律,研究了在大缩尺比船模水下爆炸试验中,使用畸变模型实现对原型总纵强度准确预测的方法。 其次,整船缩比模型实验方案设计。应用声固耦合法对舰船进行湿模态计算,将计算结果与实测数据进行分析,验证了建立的舰船有限元模型的有效性;对四种舰船缩尺实验方案进行水下爆炸数值计算分析,综合考虑相关因素,选择适合的缩尺比;为了克服缩比模型制造上的困难,对缩比模型的板架结构进行改造,生成畸变模型,并对实际模型横剖面弯矩预测偏差进行分析,在保证预精度的前提下,选择经济性较好的畸变模型,形成最终实验方案。 第三,实尺度舱段模型的确定。确定舰船典型舱段的重点考核部位,对考核部位进行简化计算,找出该考核部位的薄弱环节;以此舱段的薄弱环节为考核主体,通过建立简化力学模型对实尺度舱段模型的长度进行选取,该简化力学模型表明:在整个舱段长度范围内,x3m和x10.5m两端纵桁结构对中间范围为3m≤x≤10.5m(长为7.5m)的纵桁结构约束作用很小,整个舱段的数值计算结果也验证了这一结论;综合考虑相关因素,确定实尺度舱段模型的高度及宽度的选取,形成最终实尺度舱段模型。 第四,压载方案研究。通过合理加载对实验舱段模型的固有频率进行调整,在此基础上进行浮态设计,获得可行的实验舱段模型压载方案和试验浮态;对设计工况下的实验舱段模型进行水下爆炸数值计算,并将计算结果与整船进行对比分析。 第五,材料替代方案研究。对实验舱段模型进行材料替代方案研究,在保证考核精度的前提下,对实验舱段模型的部分结构使用较为廉价的钢材替代;对各个材料替代方案进行数值试验,将计算结果与原型进行误差分析,并考虑制造成本,选择经济性较好的材料替代方案。


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