沖擊載荷下鋼質(zhì)柵格夾層板結構的動力學行為及失效機理研究.pdf

1、艦船結構沖擊動力學是當前船舶與海洋工程結構設計研究領域持久關注的主題之一，特別是新型輕質(zhì)艦船結構在砰擊及爆炸載荷下的多物理場耦合非線性動力學行為及失效機理研究是其中很具挑戰(zhàn)性的課題。開展艦船結構多物理場耦合沖擊動力學響應行為研究，獲得其基本力學行為特征及失效機理，可以指導改善結構在復雜載荷環(huán)境作用下的動態(tài)特性，避免艦船結構產(chǎn)生嚴重失效破壞，確保其能安全可靠工作，具有重要的理論意義與實用價值。
　　本文研究內(nèi)容為國家自然科學基金項目

2、“流-固沖擊下超輕金屬夾層結構非線性力學行為及失效機理研究”（項目編號：51079058）以及華中科技大學博士論文創(chuàng)新基金項目“典型艦船結構沖擊動力學行為及失效機理研究”（項目編號：0109140921）主要組成部分。本文主要研究工作包括：
　　(1)以金字塔點陣夾層平板為對象，對其在不同入水速度下的流-固耦合動力學行為進行數(shù)值和理論計算分析(水彈性效應不顯著情形)。建立了氣-液-固三相數(shù)值模型，通過計算獲得砰擊壓力與結構砰擊變形

3、特征，發(fā)現(xiàn)了輕質(zhì)金字塔點陣夾層平板結構存在的“局部氣墊”現(xiàn)象。提出一種將砰擊變形位移場分解為總體和局部變形，然后疊加的計算模型。
　　(2)以金字塔點陣夾層平板為對象，對其在不同入水速度下的流-固耦合動力學行為進行數(shù)值和理論計算分析(水彈性效應較顯著情形)。獲得了砰擊壓力時域、空間分布特征，分析了入水過程中流場變化?；谝浑A剪切變形理論，采用能量變分原理，推導了金字塔點陣夾層板入水流-固耦合運動控制方程，采用振型疊加法求解。該方法

4、能夠對結構變形給出有效預測。
　　(3)以包含初始缺陷輕質(zhì)金字塔點陣夾層平板結構為對象，對其在不同入水速度下力學行為進行數(shù)值和理論計算分析。提出包含隨機丟失初始缺陷和集中丟失缺陷形式的金字塔點陣夾層平板結構的自由振動計算方法。采用3D數(shù)值模擬分析了包含初始缺陷輕質(zhì)金字塔點陣夾層平板結構入水基本特征。運用疊加模型，提出一種工程計算方法估算缺陷點陣夾層平板結構入水變形響應值。
　　(4)點陣夾層板入水的非線性動力學理論分析方法研

5、究。用一階剪切變形理論，考慮結構變形的幾何非線性，運用能量變分原理推導了點陣夾層板入水的非線性動力學運動控制方程，采用微分求積法(Differential Quadrature Method)求解無量綱控制方程，獲得了結構砰擊變形特征，并與數(shù)值模擬分析結果進行對比分析，兩者吻合良好，該方法能對金字塔點陣夾層板入水非線性變形給出有效預測。
　　(5)激光焊接輕質(zhì)波紋夾層板結構的入水行為實驗與數(shù)值模擬研究。通過實驗與數(shù)值仿真方法，得到

6、了波紋夾層結構入水砰擊典型物理量特征，發(fā)現(xiàn)了不同于傳統(tǒng)船體結構的壓力分布特征與變形特點，甄別了高速入水條件下激光焊接輕質(zhì)波紋夾層板結構不同失效模式，揭示了沖擊加載時這類結構的動力響應特征及其失效機理。
　　(6)以輕質(zhì)波紋夾層板結構為研究對象，對近距離非接觸爆炸作用下沖擊波、氣泡脈動載荷以及氣泡潰破射流對輕質(zhì)波紋夾層板結構的毀傷機理進行了計算分析，分析討論了氣泡膨脹脈動沖擊及氣泡潰破高速射流對結構造成的破壞機理，探討了藥包位置變化