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加筋双层筒形结构冲击环境特性研究

作　者: 郭君
导　师: 姚熊亮
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 水下爆炸筒形结构平断面加载法新型冲击因子相似性
分类号: TB56
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 176次
引　用: 6次
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内容摘要

本论文以双层加筋筒形结构为主要研究模型，探讨了水下爆炸作用下潜艇结构冲击环境研究的如下几方面的问题。 1、提出了一种在ANSYS／LS-DYNA中计算舰船水下非接触爆炸冲击环境的方法，即用平断面加载法模拟冲击波载荷，使用该方法进行加载能够有效改善软件在计算水中冲击波压力时压力峰值衰减过快的不足，并能大幅提高计算速度，对相关理论研究和工程计算具有一定参考价值。 2、研究了加肋锥柱双层壳结构在水下爆炸作用下冲击响应的规律。数据分析表明：对于近场爆炸，近药包处的结构冲击响应明显高于其他部位，随着爆距的增加，冲击响应衰减迅速，因此近场爆炸是一个局部问题；对于中远场爆炸，冲击响应在结构上的分布较为均匀，所以中远场爆炸是一个整体问题。 3、从结构遮挡的爆炸能量角度提出了一种新型的冲击因子来描述水下爆炸载荷。算例结果表明，新型冲击因子相等条件下，结构的动能、势能、平均冲击谱响应接近，而两种传统形式的冲击因子相等的工况，结构的动能、势能、平均冲击谱响应有较大差异，新型冲击因子可作为水下爆炸载荷相似性参数。 4、总结了水下爆炸研究过程中的一些工程方法和技巧，包括：船体结构梁单元的快速定义方法；一种在ANSYS／LS-DYNA软件中快速对大型复杂的舰船模型进行网格变尺寸重新剖分的方法；一种在显式动力软件中求解结构静力变形的方法——大阻尼法；一种由冲击谱向设计冲击谱转化的几何方法，便于使用MATLAB软件进行大规模的数据处理。

全文目录

第1章绪论  11-20
  1.1 目的与意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
    1.2.1 水下爆炸冲击波  12-13
    1.2.2 水下爆炸其它现象  13-15
    1.2.3 水下爆炸冲击波与结构的流固耦合作用  15-16
    1.2.4 水下爆炸数值仿真  16-17
  1.3 论文的主要研究内容、难点和创新点  17-20
    1.3.1 研究内容  17-19
    1.3.2 难点和创新点  19-20
第2章水中爆炸球面冲击波的平面模拟方法  20-35
  2.1 球面加载法  21-22
  2.2 平断面加载法  22-25
    2.2.1 平断面加载法的几何和物理描述  22-23
    2.2.2 平断面加载法的加载程序  23-25
  2.3 平断面加载法的特点  25-34
    2.3.1 波振面的形状  25-26
    2.3.2 冲击波压力传播特性  26-28
    2.3.3 船体响应  28-31
    2.3.4 适用范围及对计算速度的影响  31-32
    2.3.5 平断面加载法在潜艇冲击环境仿真中应用  32-34
  2.4 本章小结  34-35
第3章潜艇艇体数值化冲击环境  35-49
  3.1 工况描述  35-36
  3.2 数据处理方法  36-40
    3.2.1 伪速度冲击谱  36-39
    3.2.2 无量纲谱速度和谱加速度  39-40
  3.3 计算结果及分析  40-48
    3.3.1 典型结构冲击响应与冲击因子的关系分析  40-42
    3.3.2 分段总体冲击响应沿艇长方向的分布  42-45
    3.3.3 分段总体冲击响应随纵向爆距的变化分析  45-48
  3.4 本章小结  48-49
第4章水下爆炸冲击环境相似性研究  49-71
  4.1 水下爆炸作用下结构响应研究的能量与几何方法  49-55
    4.1.1 圆筒的η计算公式  51-53
    4.1.2 圆盘和圆球的η计算公式  53-54
    4.1.3 矩形板的η计算公式  54-55
  4.2 筒形结构水下爆炸冲击环境相似性研究  55-70
    4.2.1 计算模型和分析方法  55-58
    4.2.2 水下爆炸冲击因子  58-63
      4.2.2.1 基于冲击波超压的冲击因子  58-60
      4.2.2.2 基于平面波假定的冲击因子  60-63
    4.2.3 水下爆炸球面冲击波的相似  63-66
    4.2.4 冲击波相似参数  66-68
    4.2.5 对冲击因子C_3的讨论  68-69
    4.2.6 对公式C_3的推广  69-70
  4.3 本章小结  70-71
第5章水下爆炸仿真中的若干工程处理方法  71-89
  5.1 结构梁单元的快速定义方法  71-74
  5.2 网格变尺寸快速重新剖分的方法  74-76
  5.3 大阻尼静力求解法  76-79
  5.4 设计冲击谱的一种圆整方法探讨  79-81
  5.5 潜艇内部结构冲击响应的统计分析  81-88
    5.5.1 考核点的选择和工况设置  82
    5.5.2 计算结果及分析  82-88
  5.6 本章小结  88-89
参考文献  89-93
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  93-94
致谢  94-95
附录  95-103
  1. 平断面加载法APDL程序  95-99
  2. 冲击谱及设计冲击谱MATLAB程序  99-103

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