破片与冲击波对舰船板架的耦合毁伤效应研究

摘要

舰船板架是水面舰船的基本组成单元。为快速评估水面舰船在反舰导弹或炮弹攻击下的生命力，须先确定舰船板架在反舰导弹或炮弹爆炸载荷作用下的动态损伤特性。反舰导弹或炮弹爆炸主要产生两种毁伤元：高速破片群和爆炸冲击波。本文主要运用实验与数值仿真方法开展了破片与爆炸冲击波耦合作用下舰船板架的损伤特性研究。主要研究工作及结论如下：
　　揭示了战斗部爆炸载荷的特性。基于光滑粒子动力学（SPH）方法数值模拟了非标准圆柱形战斗部壳体的膨胀破裂的过程，研究了非标准圆柱形战斗部爆炸破片的速度分布规律。开展了非标准圆柱形战斗部爆炸的实验，提出了该战斗部爆炸破片的三种典型模式，验证了改进的Fisher公式计算等效裸装药药量的准确性。
　　开展了两种非标准圆柱形战斗部对舰船板架的耦合毁伤效应的实验，提出了舰船板架在破片与爆炸冲击波耦合作用下的两种主要破坏模式，即模式I：花瓣弯曲破坏；模式II：拉伸断裂破坏。研究了比例距离对不同耦合破坏模式的影响规律，并针对实验模型给出了不同破坏模式之间的临界比例距离。此外，分析了花瓣大破口形成的主要原因，比较了光板和加筋板在耦合载荷作用下的损伤结果。
　　采用耦合的SPH-FEM方法数值模拟了破片与爆炸冲击波对舰船板架的耦合毁伤过程，揭示了耦合毁伤效应产生及作用的机理。数值计算结果表明，模式II还可细分为两种，模式IIa：板边界产生塑性变形，中心产生拉伸断裂破坏；模式IIb：板边界和中心均产生拉伸断裂破坏。引入了无量纲冲量i*，给出了不同耦合破坏模式之间的临界i*值。
　　提出了一种解耦的方法来研究破片与爆炸冲击波耦合作用下靶板的响应。开展了预制孔板在爆炸冲击波作用下的变形的实验，验证了数值模拟方法的准确性。数值模拟了三种孔形状的预制孔板在爆炸冲击波作用下的变形过程，得到了预制孔形状和面积对板中点挠度的影响规律。此外，结合薄板的中点挠度的计算公式，提出了挠度增益系数的概念，并将数值计算结果进行拟合，建立了三种孔形状的预制孔板的中点挠度的计算公式。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 战斗部爆炸载荷的特性

2.1引言

2.2理论分析方法

2.3非标准圆柱形战斗部爆炸破片的数值计算

2.4实验验证

2.5本章小结

第3章 破片与冲击波对舰船板架的耦合毁伤效应的实验研究

3.1引言

3.2实验模型

3.3实验布置及工况设计

3.4实验结果及分析

3.5本章小结

第4章 破片与冲击波对舰船板架的耦合毁伤效应的数值研究

4.1引言

4.2 SPH-FEM耦合算法

4.3耦合机理分析

4.4计算模型及工况

4.5计算结果和分析

4.6本章小结

第5章 解耦方法的研究

5.1引言

5.2预制孔板变形的数值计算

5.3计算结果及分析

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1研究内容和结论

6.2主要创新点

6.3工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及其他成果