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水下爆炸对板壳结构破坏机理研究

李双  
【摘要】:《复杂板壳结构在冲击载荷作用下的破坏机理研究》是中国工程物理研究院和国家自然科学基余联合资助的项目,本论文是该研究项目的一部分,目的在于研究水下爆炸冲击载荷作用下,大型非对称强装甲舰船这种复杂板壳结构的动力学响应及破坏形式,分析板壳整体可能的毁伤情况及所需的力学条件,为专攻具有强装甲的大型舰船的武备战斗部设计和设计参数的改进提供理论依据,以便发挥其最大效能对大型复杂板壳结构进行最大程度的毁伤,反过来,又能为舰船的设计以及抗暴设计也就是对舰船的防护提供参考依据。本文主要工作如下: 1.根据水下爆炸现象计算了水下爆炸载荷。对气泡脉动理论,气泡运动以及由此引起的脉动载荷进行了计算。得出了从冲击波到气泡脉动整个过程的水下爆炸载荷。当水下爆炸发生时,在爆心周围的水域中将引起两类压力场。首先考虑不存在水中障碍物时的自由场压力特性,在确定实际作用于水中结构物上的动力载荷时计及结构物的运动和变形对周围水域中的压力场的影响,即流固耦合作用。 2.从理论方面对水下接触爆炸载荷对钢板的破坏进行分析。首先确定出简化力学模型,应用质量,动量,能量守恒定律对接触爆炸载荷对钢板的破坏进行分析,推导出圆柱体装药使钢板发生贯穿破坏所需要的最小装药量公式,并与经验公式进行比较,得出在该装药量下钢板破坏半径和钢板的厚度计算公式及不同装药量时钢板的破坏区域平均半径。 3.应用有限元计算软件Ls-Dyna将水下接触爆炸载荷对单层钢板和双层钢板的作用进行有限元计算与数值模拟。确定了所需材料的本构方程和状态方程,根据简化模型完成了计算所需的力学模型。在理论分析的基础上对其进行了数值计算与模拟,并将数值结果与理论分析相比较,进行分析讨论。


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