爆炸作用下舰船板架结构动态响应及失效概率

摘要

生命力是水面服役舰船的一个重要性能指标，其防护结构在爆炸冲击作用下的破损机理与安全性，是舰船结构动力学研究的重要课题。舰船防护结构主要由多层板架结构组成，因此研究板架结构在爆炸冲击作用下的动态响应及可靠性是舰船生命力研究的重点。本文以水面舰船多层防护板架结构为研究对象，采用理论分析和数值模拟手段对其在装药爆炸作用下的动态响应与失效概率进行研究和探索。主要内容如下：
　　 1、基于塑性波动理论和动态断裂理论，推导出薄钢板在爆炸作用下发生冲塞即出现初始环向裂纹时的临界装药量，并得到此时板的临界位移；
　　 2、借助于ALE算法，对五层板架在穿甲后爆炸作用下的非线性动态响应过程进行了数值仿真，描述了钢板的破口形状、破口半径以及板上单元压力、位移随时间变化的情况，并与炸药在舷外接触爆炸对结构的破坏情况进行了比较分析；
　　 3、取炸药密度、钢材的弹性模量、切线模量和极限强度等作为基本随机变量，利用蒙特卡洛模拟方法，借助于有限元程序LS-DYNA，采用对较小数量的样本进行拟合的方法，对水下爆炸作用下的单层钢板和多层加筋钢板的失效概率进行了探索性分析。该方法所用样本数量少，充分利用了样本信息，效率较高，具有一定的工程应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 理论研究

1.3 试验研究

1.4 数值模拟研究

1.5 本文主要研究内容

第2章 接触爆炸作用下单层薄板动态断裂

2.1 薄板塑性动力响应的波动解

2.1.1 问题的描述

2.1.2 问题的求解

2.2 断裂准则

2.3 临界装药量及临界位移

2.3.1 V的求解

2.3.2 临界装药量及临界位移的计算

2.4 算例

2.5 本章小结

第3章 板架结构穿甲后爆炸的数值仿真

3.1 数值仿真算法

3.2 多层板架结构穿甲后爆炸过程的数值仿真

3.2.1 有限元模型的建立

3.2.2 材料的本构关系

3.3 数值仿真及结果分析

3.3.1 穿甲后爆炸数值仿真

3.3.2 接触爆炸的数值仿真

3.3.3 结果分析

3.4 本章小结

第4章 单层板架结构失效概率

4.1 引言

4.2 可靠性分析方法

4.3 Monte Carlo模拟基本原理

4.4 蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟法

4.5 生成样本数据

4.5.1 确定随机变量的均值和变异系数

4.5.2 随机样本的生成

4.6 有限元计算

4.6.1 结构水下爆炸响应数值仿真算法

4.6.2 本构关系及状态方程

4.6.3 计算模型

4.6.4 材料失效准则

4.6.5 仿真结果分析

4.7 失效概率计算

4.7.1 破坏准则

4.7.2 功能函数

4.7.3 确定计算应力和强度的分布

4.7.4 失效概率计算

4.8 结论

第5章 多层板架结构失效概率

5.1 确定随机变量均值和标准差

5.2 随机数的产生

5.2.1 产生均匀分布的随机数

5.2.2 均匀分布的随机数转化为标准正态分布的随机数

5.2.3 标准正态分布的随机数转化为正态分布的随机数

5.3 模型的建立

5.3.1 计算模型

5.3.2 材料定义及破坏准则

5.3.3 导弹爆炸点与板架加强筋的相对位置关系

5.4 三种模型中各层板破坏概率计算

5.4.1 模型Ⅰ中第一层板破坏概率计算

5.4.2 第二层板破坏概率计算

5.4.3 第三层板破坏概率计算

5.4.4 第四层板破坏概率计算

5.5 结 论

结论与展望

参考文献

致谢