爆炸冲击波作用下舰船新型舱壁结构型式及响应预报研究

摘要

现代海战中，舰船成了主要的受攻击对象，半穿甲型反舰导弹能够轻易地穿透舷侧板架在舱内爆炸，产生冲击波和高速破片，造成舰船严重毁伤。舱壁结构因其在船体中的突出位置，是舰船的主要防护结构，其抗冲击能力对舰船生命力至关重要。传统单层结构设计或优化设计中不能明显提高结构的防护性能，双层舱壁结构以其有效抵御爆炸冲击波和破片攻击、可设计性强、吸能效率高等特点而被越来越多的新型舰船使用，因此，对于爆炸冲击波载荷下舰船新型双层舱壁结构型式及预报方法的研究，对改善舰船的抗冲击能力和舰船生命力有着重要的工程意义。
　　本文是在对爆炸冲击波理论研究的基础上，以典型舱室为研究对象，结合空中爆炸数值仿真方法，对空中爆炸冲击载荷作用下舰船舱壁结构型式及结构动态响应预报进行了研究。首先以单层舱壁为研究对象分析舱壁结构在爆炸冲击载荷作用下的动态响应，并对单、双层舱壁抗爆性能进行对比研究，在此基础上对双层舱壁抗爆抗冲击的影响因素进行仿真研究；然后提出四种夹芯双层舱壁结构型式，通过对比结构响应结果，研究得出抗爆性能较好的夹芯双层舱壁结构，再对此夹芯双层舱壁结构进行优化设计；最后进行双层舱壁结构响应预报研究，通过模拟退火算法，获得结构动态响应预报公式。
　　本文的主要研究工作如下：
　　1、阐述了爆炸冲击波及数值仿真软件的相关理论，为后续爆炸冲击波作用于舰船舱壁结构的数值仿真研究提供理论基础。
　　2、在空中爆炸理论研究的基础上，分析了舱壁结构在爆炸冲击载荷作用下的动态响应，并对单、双层舱壁抗爆性能进行对比研究，在此基础上研究双层舱壁结构参数对抗爆性能的影响，主要改变双层舱壁的夹芯间距、舱壁板和夹芯板的厚度、舱壁的材料、舱壁板的间距等参数，计算在相同爆炸条件下双层舱壁的结构响应，通过对比分析得出各个参数的影响情况。
　　3、新型夹芯双层舱壁结构抗爆性能对比研究。基于船舶结构力学、穿甲力学等相关理论，设计四种型式夹芯双层舱壁，有波纹夹芯、格栅夹芯、I型夹芯和圆筒夹芯，通过数值仿真获得四种双层舱壁在冲击波载荷下的响应，对比响应结果，获得抗爆性能较好的夹芯双层舱壁。
　　4、夹芯双层舱壁参数优化设计研究。对抗爆性能较好的夹芯双层舱壁来说，选取不同的结构参数进行优化，通过对双层舱壁结构参数的近似优化，可以得到抗爆性能更优的结构设计方案。
　　5、夹芯双层舱壁结构响应预报研究。基于非线性有限元软件仿真获得不同炸药量、不同爆距下结构响应，利用模拟退火算法，获得有较好预报精度且方便实用的结构响应预报公式。

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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 课题研究内容与创新点

第2章 空中爆炸冲击波理论及数值仿真模拟研究

2.1 反舰导弹

2.2 爆炸现象及基本特征

2.3 爆轰波

2.4 冲击波传播理论

2.5 MSC.DYTRAN的基本理论

2.6 本章小结

第3章 单、双层舱壁抗爆性能对比研究

3.1 舰船防护形式

3.2单、双层舱壁动态结构响应对比研究

3.3 双层舱壁参数影响研究

3.4 本章小结

第4章 新型双层舱壁抗爆性能比较及结构优化设计研究

4.1新型双层舱壁的抗爆性能对比研究

4.2圆筒型双层舱壁结构优化设计研究

4.3 本章小结

第5章 双层舱壁结构动态响应预报研究

5.1 Matlab和1stOpt软件简介

5.2 舱内爆炸有限元模型

5.3载荷工况

5.4 计算结果分析

5.5 本章小结

结论

1、本文主要研究工作及结论

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学术论文

致谢