水面艦艇新式雙殼結(jié)構(gòu)抗沖擊性能研究.pdf

1、水面艦船在戰(zhàn)斗中將不可避免的受到來自空中和水中武器的攻擊。水下接觸爆炸直接導(dǎo)致艦船船體產(chǎn)生嚴(yán)重破損；水下非接觸爆炸同樣可以造成船體破損進(jìn)水，設(shè)備、武器裝備破壞以及艦上人員損傷甚至艦船喪失生命力而沉沒。 艦體結(jié)構(gòu)破損往往很難在短時間內(nèi)修復(fù)，同時艦體結(jié)構(gòu)的破損對艦船生命力來說是致命的。因此提高艦體結(jié)構(gòu)的抗水下爆炸沖擊能力的研究對提高艦船生命力和戰(zhàn)斗力有重要的意義。 提高船體結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能，設(shè)計優(yōu)良的抗沖擊結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高艦船

2、生命力一直受到各國海軍關(guān)注。西方海軍已經(jīng)應(yīng)用了多種局部和全船防護(hù)結(jié)構(gòu)來加強(qiáng)船體抵抗直接爆炸和內(nèi)部爆炸的能力以及防彈片破壞能力，在盡可能控制重量的情況下，將導(dǎo)彈及炸彈直接爆炸產(chǎn)生的氣浪沖擊破壞和彈片破壞限制在有限的范圍內(nèi)，同時保持縱向強(qiáng)度，防止船體斷裂。 本文以“十一五”預(yù)研項目為基礎(chǔ)，在分析傳統(tǒng)艦船結(jié)構(gòu)形式，研究水下爆炸載荷作用下結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理的基礎(chǔ)上，設(shè)計出三種新式雙殼抗沖擊結(jié)構(gòu)單元，利用動態(tài)非線性有限元軟件MSC.Dytran

3、分析雙殼單元的抗沖擊特性，將其中兩種新式雙殼單元結(jié)構(gòu)應(yīng)用于水面艦船，分析其防護(hù)能力。本文研究的兩種新式雙殼結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于水面艦船可以提高水面艦船的防護(hù)能力，研究成果也可用于指導(dǎo)新式艦船的防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高我國海軍艦船的生命力。本文主要研究內(nèi)容如下： 1)水下炸藥爆轟數(shù)值仿真技術(shù)及結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理研究: 介紹炸藥爆轟基本理論，水下爆炸現(xiàn)象，載荷及其分析方法；水下非接觸爆炸沖擊波傳播過程的MSC.Dytran進(jìn)行了數(shù)值模擬；矩形板沖擊

4、波載荷作用下的動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬并與實驗值和理論公式比較；典型雙底單元沖擊響應(yīng)的損傷特性進(jìn)行了定性的研究分析，并考察了邊界條件的影響。 2)新式雙殼單元抗沖擊性能研究：以某水面艦船為研究對象，在分析其雙層底單元在水下非接觸爆炸沖擊波載荷下動態(tài)響應(yīng)的基礎(chǔ)上設(shè)計出三種新式的雙底單元即X型、Y型和I型雙底結(jié)構(gòu)，仿真分析三種新式結(jié)構(gòu)在不同沖擊強(qiáng)度(不同炸藥量，不同爆距)的動態(tài)響應(yīng)，比較分析不同結(jié)構(gòu)的防護(hù)能力，得到結(jié)構(gòu)的安全半徑和臨

5、界半徑；進(jìn)行新式結(jié)構(gòu)正交優(yōu)化試驗設(shè)計得到結(jié)構(gòu)重量增加與抗沖擊性能的關(guān)系；提出了結(jié)構(gòu)模型試驗的基本要求和方案。 3)基于新式雙殼結(jié)構(gòu)艦船抗沖擊性能研究：將X，Y型新式雙殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用到某型艦船，分析普通雙底，X型雙底，Y型和I型雙底的四種艦船模型其在一定炸藥量下的變形損傷特征，動態(tài)響應(yīng)，得到其臨界半徑和安全半徑；分析新式雙殼結(jié)構(gòu)銜接，重量增加，工藝性等綜合性能；對單殼艦船和采用新式雙殼結(jié)構(gòu)艦船的抗沖擊性能進(jìn)行比較。 本文主要

6、研究成果和結(jié)論如下： 1)新式結(jié)構(gòu)單元在沖擊損傷，運動響應(yīng)和能量吸收方面有比較明顯的優(yōu)勢。X型，Y型新式結(jié)構(gòu)安全半徑和臨界半徑都比普通雙殼結(jié)構(gòu)單元要小。X型，Y型新式結(jié)構(gòu)的速度和加速度響應(yīng)也比普通型和I型結(jié)構(gòu)單元緩和，一定程度上對人員和設(shè)備有利。 2)采用新式X型，Y型雙殼結(jié)構(gòu)的艦船迎爆點附近內(nèi)底、外底塑性應(yīng)變比普通結(jié)構(gòu)艦船小。安全半徑和臨界半徑差別比普通型艦船略小，內(nèi)底初始加速度峰值比普通結(jié)構(gòu)艦船要小。但是總的來說