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水下爆炸载荷作用下的船体总强度计算方法研究

作者：张阿漫 Publish: 2006-10-13 Hits:-

【中文题名】

水下爆炸载荷作用下的船体总强度计算方法研究

【英文题名】

Study on Calculation Technique of Overall Strength of Warship Subjected to Underwater Explosion Loads

【学科专业】

船舶与海洋结构物设计制造

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2006-10-13

【中关键词】

水下爆炸,气泡脉动,波浪,总强度,湿模态,声固耦合法

【英关键词】

Underwater explosion,Bubble pulsation,Wave,Overall longitudinal strength,Wet mode,Coupled acoustic-structural arithmeti,

【分类导航】

交通运输>水路运输>船舶工程>船舶原理>船舶结构力学>

【论文摘要】

本文考虑舰船在实际海况中航行遭受非接触水下爆炸载荷作用，考虑了气泡脉动载荷和波浪载荷相互作用下对船体总体响应的影响，本研究旨在研究包括静水弯矩和波浪弯矩以及气泡脉动压力等在内的外载荷作用下的水面舰船船体的总强度问题。首先，应用声固耦合法对舰船几种典型的水下爆炸模型进行了计算和分析，总结和分析了采用声固耦合法进行水下爆炸数值模拟分析时应注意的方法和技巧，并把计算结果与实测数据进行比较分析。其次，在研究将舰船的总纵弯曲时，本文将各站所受外力转化成节点力施加到船体上，通过比较有限元的计算结果和理论解，表明只要施加合理的边界条件，本文所采用的方法在工程领域中是可用的。第三，数值模拟舰船受爆炸载荷作用的整个过程，通过大量的计算，分析和总结了药包在舰船附近以不同位置、不同深度、不同装药量爆炸时气泡脉动载荷对船体总纵强度的影响，得出了一些有规律性的曲线；并总结出水下爆炸载荷作用下船体总强度的校核方法。第四，对水面舰船的湿模态进行数值计算，在计算水面舰船的湿模态时，计及舰船周围流场的影响，本文应用耦合法求解舰船的湿模态，并与传统方法比较分析，分析表明：耦...

【论文题纲】

第1章绪论	11-22
1.1 引言	11-12
1.2 水下爆炸气泡脉动研究概述	12-16
1.2.1 理论研究	12-13
1.2.2 数值研究	13-14
1.2.3 试验研究	14-16
1.3 爆炸载荷作用下的船体破坏形式	16-20
1.3.1 水中非接触爆炸对舰船的破坏作用	16-19
1.3.1.1 对舰体的直接冲击波损伤	17
1.3.1.2 对技术装备的冲击振动损伤	17-18
1.3.1.3 对人员的冲击	18-19
1.3.2 爆炸载荷作用下的船体响应	19-20
1.4 论文的主要研究内容	20-22
第2章声固耦合方法在舰船水下爆炸中的应用	22-39
2.1 引言	22
2.2 水下爆炸载荷的特点	22-24
2.3 有限元程序之间的接口	24
2.4 声固耦合法模拟原理	24-26
2.4.1 声学载荷	24-26
2.4.2 声学单元	26
2.4.3 边界条件	26
2.5 舰船水下爆炸模拟	26-38
2.5.1 水面舰船水下爆炸数值模拟	26-34
2.5.1.1 舷外流场大小与增加的附加质量的关系	27-28
2.5.1.2 网格划分对有限元分析的影响	28-29
2.5.1.3 冲击载荷计算	29-31
2.5.1.4 数值模拟结果	31-34
2.5.2 水下潜艇爆炸数值模拟	34-38
2.5.2.1 模拟进水面潜艇爆炸时的处理方法	34-36
2.5.2.2 模拟深水潜艇爆炸时的处理方法	36-38
2.6 本章小结	38-39
第3章舰船在波浪载荷作用下的加载方式研究	39-60
3.1 引言	39
3.2 波浪载荷的求解	39-55
3.2.1 传统的静波浪剪力和弯矩的计算方法	39-44
3.2.1.1 船体梁的受力和变形特征	39-42
3.2.1.2 载荷、剪力、弯矩的基本公式和计算的一般步骤	42-44
3.2.2 本研究所采取的方法	44-55
3.2.2.1 计算状态的选取	44-48
3.2.2.1 本舰船的重量分布	48-49
3.2.2.1 浮力曲线	49-55
3.3 施加边界条件及求解	55
3.4 波浪弯矩作用下船体总纵强度评估	55-59
3.5 本章小结	59-60
第4章水下爆炸气泡脉动载荷作用下的舰船船体总体响应研究	60-80
4.1 引言	60-61
4.2 气泡脉动压力作用下的船体响应	61-74
4.2.1 有限元模型	61-63
4.2.2 船体材料	63-64
4.2.3 舰船爆炸动响应研究中常用的材料模式	64-66
4.2.4 单元的破损准则	66-67
4.2.5 湿模态校核	67-72
4.2.5.1 附连水法计算舰船的湿模态	67-71
4.2.5.2 耦合法计算舰船湿模态	71-72
4.2.6 静水中气泡脉动载荷作用下船体响应	72-74
4.3 水下爆炸气泡脉动威力研究	74-79
4.4 本章小结	79-80
第5章波浪载荷与水下爆炸载荷联合作用下的船体总强度研究	80-104
5.1 引言	80
5.2 显示有限元方法	80-84
5.2.1 显式时间积分	81-82
5.2.2 显式方法的条件稳定性	82
5.2.3 稳定性限制	82-83
5.2.4 显式时间积分方法的优越性	83-84
5.3 显式有限元法求解静力问题	84-88
5.3.1 粘性压力	84-85
5.3.2 材料阻尼	85
5.3.3 阻尼对平衡的影响	85-88
5.4 波浪载荷与爆炸载荷联合作用下的船体响应计算方法	88-92
5.4.1 波浪中的流场模型	89-90
5.4.2 波浪载荷与气泡载荷联合作用下的舰船响应	90-92
5.5 爆炸载荷与波浪载荷联合作用下船体总纵强度评估	92-99
5.5.1 工况的选取	93-94
5.5.2 无气泡工况的船体总强度评估	94-96
5.5.3 气泡脉动工况的船体总强度评估	96-99
5.6 水面舰船安全半径确定方法	99-103
5.7 本章小结	103-104
结论	104-106
参考文献	106-109
攻读硕士学位期间公开发表的论文	109-110
致谢	110

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.111738



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