水中沖擊波作用下結(jié)構(gòu)壁面載荷特性分析.pdf

1、船體結(jié)構(gòu)作為艦船生命力的載體，是水下爆炸最直接的沖擊對象，從根本上決定了艦船的生存能力，因此一直以來都是艦船防護的重點對象。而載荷的準確預報是其強度評估的前提，因此對水中結(jié)構(gòu)受水下爆炸沖擊下的壁面載荷特性的分析對艦船防護具有重要的現(xiàn)實意義。
　　然而，人們對由爆炸產(chǎn)生的載荷機理問題的認識還存在一定的局限性。本文試圖從結(jié)構(gòu)表面的爆炸載荷機理方面進行深入的探討。文中通過理論和數(shù)值兩種途徑分別對弱沖擊波和強沖擊波作用下的流固耦合問題進行

2、了研究，探討流固耦合現(xiàn)象對緩解結(jié)構(gòu)受沖擊的有利影響，以期為防護系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化提供參考，提高結(jié)構(gòu)抗沖擊性能。
　　首先對沖擊波傳播的基本理論進行了簡要概述，并給出不同形式狀態(tài)方程對沖擊波壁面反射解形式的影響。
　　其次應(yīng)用Taylor平板理論（背空）及其擴展形式（背水）對水中沖擊波作用下平板結(jié)構(gòu)的壁面壓力、結(jié)構(gòu)動響應(yīng)、傳遞沖量及空化發(fā)生時間等進行了對比分析，同時給出了計及結(jié)構(gòu)中應(yīng)力波效應(yīng)的波動流固耦合分析方法，驗證了其有效性

3、，并將其應(yīng)用于板架結(jié)構(gòu)、有橡膠敷設(shè)層板和有層間水的雙層板結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)由于板架結(jié)構(gòu)的垂向構(gòu)件構(gòu)成了應(yīng)力波向內(nèi)傳播的波導，增大了沖量傳遞；橡膠層極大地削弱了壁面壓力峰值，卻拉長了壁面壓力脈寬；雙層板的外板起到了“削波”的作用，使得作用在內(nèi)板壓力峰值較外板峰值有所下降。
　　再次對強沖擊波作用下可壓縮流中不同厚度、不同背側(cè)條件、受不同沖擊波類型和強度的平板沖量傳遞及空化發(fā)生時間展開了分析，定義了類似Taylor平板理論中的流固耦合參數(shù)，給

4、出了極輕板和極重板理論解和適用于不同沖擊波類型的沖量傳遞估算公式。結(jié)果表明沖量傳遞和空化發(fā)生時間由流固耦合參數(shù)和板背側(cè)條件共同決定，文中給出的沖量傳遞實用估算公式同數(shù)值解吻合良好，適用于任意板厚、任意沖擊波強度，省去了大量的數(shù)值計算時間。
　　最后應(yīng)用提出的波動流固耦合分析方法計算了某型艦實尺度板架模型的壁壓及沖量傳遞，得知板架傳遞的沖量比等面積平板大得多。此外還對現(xiàn)有文獻中的試驗進行了數(shù)值對比，發(fā)現(xiàn)單層平板速度的數(shù)值計算結(jié)果較試