新型夹芯板双层舱壁在侵彻载荷作用下的结构动响应研究

摘要

舰船是当今海战中的主要武器平台，也是主要受攻击的对象，且由于其目标大，易被发现，在战场上起着关键性的作用。舰船横舱壁结构是舰船安全性及生命力的重要保障，关系到舰船弹药舱、安全舱和机舱等重要部位的安全，是舰船主要防护结构。穿甲弹及半穿甲弹穿透舰船的舷侧外板，在舱室内部爆炸，产生大量的高速破片，并对舰船舱壁等结构产生侵彻作用，使舰船失去战斗力甚至沉没。因此，研究舰船舱壁结构的动态响应和防护性能，设计抗爆抗侵彻性能优越的新型舱壁结构型式，对提高舰船的抗爆能力和舰船生命力具有重大的现实意义和军用价值。
　　本文基于破片侵彻靶板理论，结合瞬态动力学分析软件，对破片侵彻舰船舱壁结构动态响应过程展开了研究。首先，对高速破片侵彻夹芯板双层舱壁结构过程进行数值研究，包括舱壁结构简化、侵彻点位置和网格尺寸确定等方面的研究，得到高速破片侵彻双层舱壁的有限元计算方法；其次，基于破片侵彻靶板理论及夹芯板可设计性强、易变形吸能及不太复杂的建造工艺性优点，初步设计X型、Y型、圆型和混合型四种夹芯板双层舱壁，并以X型夹芯板双层舱壁为例，研究高速破片侵彻新型夹芯板双层舱壁结构动态响应。再对比研究X型、Y型、圆型和混合型四种夹芯双层舱壁结构抗侵彻性能，从而提出抗侵彻防护性能最优的新型夹芯板双层舱壁结构；最后，对抗侵彻性能最优的混合型夹芯双层舱壁结构，采用正交试验优化方法，对舱壁结构的面板厚度、背板厚度、夹芯厚度和夹芯间距等参数进行优化设计，得到抗破片侵彻性能最优的双层舱壁结构参数。
　　本文主要研究内容如下：
　　(1)侵彻理论研究及其仿真方法验证。研究穿甲及侵彻的相关理论，包括靶板及侵彻类型的分类、靶板及弹体破坏形式和薄靶板侵彻机理等，为后续高速破片侵彻新型夹芯板双层舱壁结构数值研究提供理论依据。
　　(2)高速破片侵彻新型夹芯板双层舱壁结构仿真方法研究。结合动力学软件MSC.Dytran对高速破片侵彻典型夹芯板（I型）双层舱壁结构过程进行数值模拟研究，根据舱壁结构损伤的特点，对双层舱壁结构简化处理、网格大小、材料模型、载荷模型和边界条件等进行一系列研究，从而建立高速破片侵彻双层舱壁有限元计算方法。
　　(3)高速破片侵彻新型夹芯板双层舱壁结构动态响应研究。基于破片侵彻靶板理论及夹芯板可设计性强、易变形吸能及不太复杂的建造工艺性的优点，初步设计X型、Y型、圆形和混合型四种新型夹芯板双层舱壁，并以X型夹芯板双层舱壁为例，研究双层舱壁在高速破片侵彻载荷作用下的结构动响应过程，包括舱壁结构速度、加速度、变形、应力、应变及吸能等。再对比研究这四种新型夹芯板双层舱壁结构的抗破片侵彻防护性能，提出抗侵彻防护性能最优的新型夹芯板双层舱壁结构型式。
　　(4)新型双层舱壁结构尺寸参数优化研究。基于抗侵彻性能最优的混合型夹芯板双层舱壁结构，采用正交试验优化方法，对双层舱壁结构面板厚度、背板厚度、夹芯厚度和夹芯间距等尺寸参数进行优化，最终得到抗破片侵彻性能最优的舱壁结构尺寸参数。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状与进展

1.3 本文研究内容及创新点

第2章 侵彻理论研究及其仿真方法验证

2.1 引言

2.2 侵彻理论

2.3 薄靶板侵彻原理

2.4 数值仿真模型验证

2.5 本章小结

第3章 高速破片侵彻新型夹芯板双层舱壁结构仿真方法研究

3.1 引言

3.2 高速破片侵彻双层舱壁仿真方法研究

3.3 本章小结

第4章 高速破片侵彻舰船新型夹芯板双层舱壁结构动响应研究

4.1 引言

4.2 新型夹芯板双层舱壁在侵彻载荷作用下的结构动响应研究

4.3 新型夹芯板双层舱壁结构抗侵彻性能比较研究

4.4 本章小结

第5章 新型双层舱壁结构参数优化研究

5.1 引言

5.2 正交试验法简介

5.3正交试验设计

5.4 本章小结

结论

1、本文主要结论

2、进一步研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢