文章目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

    1.2.1 内爆载荷特性

    1.2.2 爆炸载荷作用下舱室结构响应

1.3 本论文主要研究内容

2 数值计算方法研究

2.1 引言

2.2 材料相关参数设置

    2.2.1 AUTODYN软件简介

    2.2.2 有限元材料模型及参数设置

2.3 ALE多物质流固耦合算法及可行性分析

    2.3.1 算法简介

    2.3.2 可行性分析

2.4 网格尺寸对舱内爆炸数值模拟结果的影响规律研究

    2.4.1 空气网格尺寸

    2.4.2 舱室结构网格尺寸

2.5 本章小结

3 不同TNT药量下多舱室结构毁伤特征及规律研究

3.1 研究方案

    3.1.1 多舱室结构模型

    3.1.2 工况设置

    3.1.3 准静态压力值的验证

3.2 不同载荷强度下多舱室结构毁伤规律分析

    3.2.1 多舱室基础结构分类

    3.2.2 毁伤效果分析

    3.2.3 毁伤等级划分

3.3 内爆下多舱室结构毁伤效果评估预测方法研究

    3.3.1 量纲分析

    3.3.2 无量纲数的有效性分析

    3.3.3 快速毁伤评估预测方法及验证

3.4 本章小结

4 不同结构尺寸的多舱室结构毁伤效应研究

4.1 引言

4.2 不同结构尺寸下多舱室结构毁伤特征比较

    4.2.1 B型多舱室结构毁伤特征

    4.2.2 C型多舱室结构毁伤特征

    4.2.3 不同结构尺寸多舱室结构毁伤特征比较

4.3 内爆载荷特性及结构变形破损机理研究

    4.3.1 爆炸舱内载荷特性分析

    4.3.2 爆炸舱结构变形破损机理分析

    4.3.3 共面邻舱内载荷分布规律分析

    4.3.4 共面邻舱舱壁的变形破损机理研究

4.4 多舱室结构内爆载荷下毁伤效果评估

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 主要创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

文章摘要:随着反舰武器的快速发展,其威力和命中率得到极大提高,对舰艇安全的威胁越发受到高度关注。而半穿甲型反舰武器通过在舰艇内部爆炸,使爆炸能量高效充分地作用舰艇结构,对舰艇自身结构的抗爆抗冲击性能提出来了更高的要求。特别是反舰导弹,其对舰体的毁伤程度非常严重,破坏范围包括多层舰体结构,甚至整个舱段。因此,对舰艇结构在内爆载荷下毁伤效果的评估方法进行研究具有重要现实意义。本文从内爆载荷对多舱室结构的毁伤规律入手,通过分析内爆载荷在舱内的分布规律,提出了结构毁伤效果的评估方法。本文针对裸装球形TNT在结构中心爆炸对典型多舱室结构的毁伤效应进行研究,主要研究内容与结论如下:1.首先对数值计算方法的可靠性进行了研究。应用动态非线性显式有限元计算软件AUTODYN中的多物质流固耦合算法,对已有典型单舱室内爆实验进行模拟计算,讨论了不同网格尺寸对计算精度的影响,并给出了利用AUTODYN中的多物质流固耦合算法计算舱内爆炸时,合理选择网格尺寸的方法。2.将各舱室划分为:爆炸舱、共面邻舱、共边界邻舱及共点邻舱,基于大量数值模拟计算结果,讨论了不同药量TNT内爆下多舱室结构毁伤规律,并按照毁伤规律对舱壁进行分类,总结整理出内爆下典型多舱室结构毁伤等级。3.讨论了不同TNT药量对内爆下典型多舱室结构毁伤效果的影响规律,发现舱壁挠度-厚度比δ/H的值,以及撕裂裂缝长度-厚度比l/H的值均与药量-单舱室容积比m/V的值存在较好的线性关系。从舱壁失效准则和内爆下多舱室结构毁伤规律入手,通过量纲分析得到典型多舱室结构内爆下毁伤效应的无量纲数B_c,该数考虑了内爆载荷、材料性能及作用空间等因素。4.基于本文推导的无量纲数,给出了内爆下典型多舱室结构毁伤等级的预测曲线,以及对应公式,并提出了内爆下典型多舱室结构毁伤等级的快速预测方法,通过文献实验结果进行了检验,讨论了该方法的准确性。5.模拟了3种结构尺寸的典型多舱室结构内爆下的毁伤效应,通过分析各舱室内壁的载荷分布规律,以及结构尺寸的影响特性。发现以下特性:对于典型舱室结构,爆炸舱内面积最小的舱壁除边界附近外的大部分区域受到近似均布载荷作用;长度最长的边界,其中心处压力载荷强度最高。共面邻舱内,部分舱壁边界处的压力峰值低于壁面,角隅处压力峰值低于边界中心。本文的研究结论可为以典型多舱室结构为基础的大型结构内爆下的毁伤评估技术提供依据。

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