舰船结构水下近场爆炸响应及剩余极限强度可靠性研究

摘要

现代舰船受到水下近距离攻击的风险日益增加,为提高战斗能力,新的结构形式以及大尺度舰船不断发展。水下近场爆炸过程载荷变化复杂,为能有效提高舰船的防护能力,水下近场爆炸载荷以及新型结构形式抗爆能力的研究日益迫切。
　　舰船水下近场爆炸过程主要涉及冲击波载荷和气泡射流载荷。在之前的水下近场爆炸研究过程中,对气泡射流载荷的考虑较少。气泡射流冲击在近场爆炸中是不可忽视的一部分。现阶段近场爆炸的数值模拟一般是单独考虑冲击波载荷和射流载荷,分开进行流固耦合模拟,然后将两部分的计算结果进行叠加,难以真实反映结构最终的响应结果。本文采用边界元法对气泡近壁脉动情况进行数值模拟,得到气泡射流载荷参数。根据能量法则将复杂射流载荷简化为可以简单施加的等效射流力。开发MSC.DYTRAN子程序,在完成冲击波模拟后通过调用子程序,实现射流载荷的同步添加,完成水下近场爆炸冲击波-射流载荷联合作用的数值分析过程。传统舰船舷侧一般采用单层壳体结构,本文对比分析了Y型和I型双层舷侧结构在不同爆距下的动态响应,指出Y型双层壳体结构的抗爆能力在相同情况下要优于I型双层结构和单层壳体结构。
　　对于破损后的舰船,剩余极限强度是考量其生存能力的重要指标。本文采用非线性有限元法,充分考虑爆炸载荷造成的船体结构大变形的影响,对损伤舰船进行剩余极限强度分析,将爆炸冲击数值仿真和剩余极限强度的计算形成一个连续的过程。舰船损伤后,在等待救援或者自救阶段,由于波浪载荷、静水载荷以及船舶本身剩余强度的不确定性,需要基于可靠性的方法对破损后的舰船进行剩余强度的进行研究。本文采用改进一阶二次矩法对破损舰船结构的剩余强度可靠性进行计算,通过与目标可靠指标的比较,证明 Y型双层壳体结构具有优良的抗爆能力,同时本文采用的破损舰船剩余强度可靠性计算方法具有一定的工程实际意义。

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第一章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2水下近场爆炸载荷研究概况

1.3 舰船剩余强度可靠性研究概况

1.4 本文主要工作

第二章 爆炸载荷计算方法

2.1 水下近场爆炸流固耦合方法

2.2 气泡射流载荷数值模拟

2.3 近壁气泡射流参数

2.4 本章小结

第三章 水下近场爆炸舷侧结构动态响应

3.1 双层壳体舰船结构有限元模型

3.2 舰船结构在冲击波作用下的动态响应

3.3气泡射流载荷作用下结构动态响应分析

3.4 冲击波-射流全过程流固耦合模拟

3.5 爆点位置对结构动态响应的影响

3.6 本章小结

第四章 破损结构的剩余强度分析

4.1剩余强度研究方法及统计特性计算

4.2完整舱段结构极限强度计算

4.3 破损结构剩余强度计算

4.4 结构毁伤对极限强度的影响

4.5 本章小结

第五章 基于可靠性的剩余强度分析

5.1 可靠性计算方法

5.2 舰船波浪载荷计算

5.3 舰船静水载荷计算

5.4 剩余强度可靠性分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文研究工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

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