舰船水下爆炸冲击波载荷作用下动力响应研究

摘要

本文针对水面舰船在水下爆炸载荷作用下的响应问题，采用理论分析和数值计算相结合的方法开展研究，主要研究内容与结论如下：
　　 (1)介绍了冲击波的形成及其现象，研究了一维、二维爆轰波传播理论。阐述了关于水下爆炸冲击波的基本理论，为舰船结构在非接触水下爆炸载荷作用下的动力响应分析作了必要的准备工作。
　　 (2)应用显式非线性动力学程序LS-DYNA，对水下爆炸冲击波传播的全过程进行数值模拟，计算结果与半理论半经验公式较好的吻合，验证了数值方法的可行性和准确性。讨论了网格密度不同对水下爆炸冲击波计算结果精度的影响。
　　 (3)用ALE算法对矩形板进行数值模拟，得到了矩形板在水下爆炸冲击波载荷作用下的响应，并与真实试验进行对比，得到了良好的结果。
　　 (4)对舰船在近场水下爆炸载荷下的响应进行了研究。确定了所需材料的本构方程和状态方程，研究了舰船的位移，速度，加速度以及应力响应，并且针对不同冲击因子载荷作用下舰船响应进行研究，得出了有意义的结论，对舰船的抗爆研究及设计具有参考价值。
　　 (5)分析了舰船双层底结构在遭受水下非接触爆炸时的响应，从结构能量吸收和结构损伤变形方面进行比较，得出相关结论。本文所给出的结论，对舰船的抗爆研究及设计具有很好的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1绪论

1.1立题的背景和研究意义

1.2国内外研究现状

1.3研究方法

1.4本文主要研究工作

2水下非接触爆炸冲击波的产生及传播理论

2.1引言

2.2水下爆炸冲击波形成及现象

2.3爆轰波的传播和相互作用

2.3.1一维爆轰波的传播

2.3.2二维爆轰波的传播

2.3.3平面爆轰波的正反射

2.4 Cole半理论半经验计算方法

2.5本章小结

3水下非接触爆炸冲击波的数值模拟研究

3.1引言

3.2 LS-DYNA在水下爆炸数值模拟中的应用

3.2.1显式时间积分

3.3状态方程及相关参数

3.3.1炸药的状态方程

3.3.2水的状态方程

3.4水下爆炸冲击波的数值模拟算例

3.5数值仿真计算结果

3.6冲击波比冲量与经验公式比较

3.7网格密度对冲击波精度影响讨论

3.8小结

4矩形板在水下爆炸冲击波载荷作用下塑性响应

4.1引言

4.2矩形板在水下爆炸作用下的破坏分析

4.2.1薄板的基本方程

4.2.2薄板在爆炸冲击载荷作用下的破坏的求解

4.3矩形板水下爆炸实验

4.3.1有限元模型

4.3.2计算结果比较与分析

4.4小结

5舰船近场水下爆炸作用动力响应研究

5.1引言

5.2流-固耦合技术

5.2.1 ALE求解的基本理论

5.2.2拉格朗日材料的本构关系

5.3水下爆炸下船体结构动力响应数值模拟

5.3.1有限元模型

5.3.2计算工况

5.3.3观察点位置确定

5.4舰船结构的动力响应分析

5.4.1舰船位移响应分析

5.4.2舰船速度响应分析

5.4.3舰船加速度响应分析

5.4.4舰船应力响应分析

5.5舰船双层底抗冲击性能研究

5.5.1双层底有限元计算模型

5.5.2双层底结构应力应变响应分析

5.5.3双层底结构能量吸收

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢