高速侵彻体与水下爆炸波对舰舷结构的联合作用研究

摘要

目前，国内外对舰舷结构受到冲击载荷破坏的研究一般仅考虑单一载荷情况。本文以典型的舰舷结构为对象，采用数值方法耦合高速侵彻体与水下爆炸波二种载荷，对舰舷结构的联合损伤过程进行了数值模拟仿真研究。首先建立了高速侵彻体对舰舷结构的冲击有限元模型，对高速侵彻体侵彻舰舷结构的24种不同工况进行了数值模拟，分析了舰舷结构的破坏形式，得出了不同初速、不同弹着点情况下侵彻体剩余速度与初始速度的关系。接着建立了水下爆炸波对舰舷结构破坏的有限元模型，以等厚均质靶板为参照，分析了水下爆炸波载荷作用下舷侧骨架对舰舷结构局部位移的抑制作用。最后应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA的完全重启动功能对高速侵彻体与水下爆炸波对舰舷结构的联合作用过程进行了仿真分析，结果表明，联合作用下舰舷结构塑性变形区域相对于侵彻体和爆炸波单独作用时有明显的扩大；爆炸波作用后舰舷结构的骨架有较大的塑性变形；骨架的存在提高了舰舷结构的局部刚度，抑制了局部位移，因而舰舷结构冲塞孔的变形不太明显。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1引言

1.2穿甲问题概述

1.3水中目标的破坏研究

1.4本课题的研究方法

1.5论文主要内容及结论

1.6论文创新点

2穿甲过程及加筋板流固耦合动力控制方程

2.1穿甲过程数值计算控制方程

2.2加筋板流固耦合动力控制方程

2.3本章小节

3穿甲及流固耦合问题数值计算方法

3.1有限元法概述

3.2通用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA

3.3穿甲问题数值算法

3.3.1空间有限元离散化

3.3.2沙漏粘性与人工体积粘性控制

3.3.3应力计算

3.3.4时间积分和时步长控制

3.3.5高速碰撞下材料的失效和破坏

3.3.6接触-碰撞界面算法

3.4流固耦合数值算法

3.5本章小结

4侵彻体与爆炸波对舰舷结构联合作用计算模型的建立

4.1基本假设

4.2总体模型设置

4.3数值计算步骤

4.4舰舷结构和高速侵彻体简介

4.5数值计算几何模型设置

4.6材料模型的选定

4.6.1舰舷结构材料模型

4.6.2侵彻体材料模型

4.6.3炸药材料模型

4.6.4水介质材料模型

4.7本章小结

5高速侵彻体对舰舷结构冲击作用的数值计算及分析

5.1穿甲过程数值计算有限元模型

5.1.1模型的建立

5.1.2数值计算中的参数设置

5.1.3载荷及边界约束

5.1.4网格密度对计算结果的影响分析

5.2数值计算结果分析

5.2.1舰舷结构对冲击作用的响应

5.2.2高速侵彻体剩余速度与初始速度的关系

5.3本章小结

6水下爆炸波对舰舷结构的破坏分析

6.1水下爆炸波计算模型

6.2基本假设

6.3水下爆波对固支均质靶破坏的数值计算

6.3.1计算模型设置及冲击波载荷分析

6.3.2计算结果分析

6.4水下爆炸波对舰舷结构的破坏分析

6.4.1计算模型设置

6.4.2数值计算中的参数设置

6.4.3水下爆炸波对舰舷结构的破坏分析

6.5本章小结

7高速侵彻体与水下爆炸波对舰舷结构联合作用分析

7.1联合作用过程计算中舰舷结构的边界条件

7.2联合作用过程数值计算模型及参数的设置

7.2.1数值计算模型的设置

7.2.2数值计算中的参数设置

7.3联合作用下舰舷结构的结构响应及破坏分析

7.3.1爆炸冲击波载荷的传播过程

7.3.2联合作用下舰舷结构的加速度响应

7.3.3联合作用下舰舷结构的破坏分析

7.4本章小结

8结束语

8.1工作总结

8.2有待进一步解决的问题

致谢

参考文献