冲击载荷作用下船用设备与构件强度评估数值实验研究

摘要

舰船在其服役期间将会遭到水下武器攻击，接触爆炸会造成船体损坏的同时殃及舰载设备及其构件，非接触爆炸一般并不击穿船体结构，但会造成设备和构件的大范围破坏，因此舰船设备及构件的抗冲击强度评估研究对舰船生命力具有重要意义。本文针对船用设备构件工作环境的复杂性及设备构件本身结构特点，开展船用设备构件强度评估的相关研究，以及设备构件与船体结构之间耦合特性分析。本文以某船用冷凝器双管板和炮塔为研究对象采用数值试验方法对舰载设备及构件的强度进行评估，初步提出了设备构件与船体一体化强度评估方法和基于子模型法的设备构件强度评估方法。
　　 首先，分析舰船设备的结构特点，根据其结构特点研究舰船设备有限元建模技术，研究包括几何模型的合理简化、单元质量控制、模型有效性验证。探论舰载设备及构件的冲击环境特性和水下爆炸冲击环境的数值仿真技术。
　　 其次，以某舰用炮塔结构为例，从主从系统耦合振动理论出发，基于数值实验手段，对舰用炮塔结构进行与船体一体化强度评估研究，将一体化分析结果与非一体化分析结果进行对比，给出非一体化与一体化强度评估方法的适用范围。
　　 第三，对于复杂小构件提出了一种基于子模型法的船用设备构件强度评估方法，并以船用冷凝器双管板结构为例，采用该方法对受水下爆炸冲击载荷和自身工作载荷同时作用下的强度进行了分析研究。并对不同冲击因子作用下的双管板强度进行了分析研究。
　　 本文旨在寻找一套适合我国国情的舰载设备及构件的强度评估方法，为舰载设备及构件的强度评估及设计提供参考，为工程应用提供一定指导。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1舰船抗水下爆炸研究

1.2.2船用设备与构件抗冲击强度研究

1.3论文主要研究内容

第2章 船用设备与构件数值仿真技术研究

2.1引言

2.2船用设备与构件的几何建模

2.2.1模型简化原则

2.2.2模型建立依据及原始数据

2.2.3几何模型建立方法

2.3船用设备与构件有限元网格划分

2.3.1有限元网格划分技术研究

2.3.2网格划分

2.3.3材料性能参数

2.4计算模型的有效性验证

2.4.1模态分析理论

2.4.2计算实例

2.5本章小结

第3章 水下爆炸冲击环境仿真技术研究

3.1引言

3.2水下爆炸冲击波压力经验公式

3.2.1冲击波压力经验公式

3.2.2应力波在结构中传播

3.2.3水下爆炸冲击输入

3.3水下爆炸工况设置

3.4流场的数值模拟

3.5本章小结

第4章 设备与船体一体化强度评估研究

4.1引言

4.2设备构件与船体一体化分析方法

4.3计算实例

4.3.1计算模型

4.3.2载荷和边界条件

4.3.3复合材料板强度校核准则

4.3.4一体化炮塔抗冲击强度评估

4.3.5非一体化炮塔抗冲击分析

4.3.6一体化和非一体化对比分析

4.4本章小结

第5章 基于子模型法的构件强度评估研究

5.1引言

5.2子模型方法

5.3计算实例

5.3.1计算模型

5.3.2载荷和边界条件

5.3.3管板强度校核理论及技术方法

5.3.4双管板结构响应分析

5.4基于拉依达准则的危险区域判定

5.5管板强度随冲击因子变化分析

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢