舰船典型舱壁结构在侵彻载荷作用下的动响应分析
摘 要摘 要 历经时代的发展，舰船逐渐变成了海战中主要受攻击的对象。而伴随舰船发展而开发出来的半穿甲型反舰导弹却能够轻易穿透舷侧板架并在舱内进行爆炸，从而产生冲击波和高速破片，它们均能对舰船造成严重的打击。日益显现的是舱壁结构在船体中的重要位置使它逐渐成为了舰船上用来防护的主要结构，它的抗冲击能力起着对保护舰船生命力的重要作用。也正因为这些，舰船舱壁结构在侵彻载荷下的动态响应的研究工作，对提高舰船抗侵彻能力、生命力有着极大意义，甚至还可以提供一些参考用于新型舱壁结构的设计与建造。 在本文中，基于破片侵彻靶板的一些列理论，同时再运用瞬态动力学分析软件，展开了高速破片侵彻舱壁结构的研究工作。先查阅书籍，资料，在这基础上建立了破片侵彻舰船典型舱壁结构的有限元模型。再在不同的工况下，研究舱壁结构的破坏特点、动态响应，通过数据的比较与分析得出载荷的不同对结果产生影响的不同点。 本文研究的主要工作如下： （1）与侵彻相关的理论的阐述，这其中涵盖了侵彻特性分类和薄型靶板侵彻的原理，此原理一样可以应用于中厚型靶板。作为之后数值模拟舰船舱壁结构受破片侵彻的理论基础； （2）研究了高速破片侵彻典型舰船舱壁结构的有限元技术，并讨论了舱壁结构模型的简化过程以及侵彻模型的建模过程与方法，这其中包括了侵彻点的位置和较优的舱壁结构网格的确定； （3）在数值模拟高速破片侵彻舰船舱壁结构的基础上，研究了在不同的侵彻工况下，舰船舱壁结构的动响应结果。破片的侵彻速度以及侵彻位置就是本文研究的不同工况，本文对舰船舱壁结构在以上不同工况下的破坏模式，加速度、应变、应力、损伤区域、破片的剩余动能以及吸能特性进行了系统的分析。关键词：舰船典型舱壁；侵彻；高速破片 目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外研究现状与进展 2
1.2.1 高速破片侵彻 2
1.2.2 舰船新型舱壁结构型式 5
1.2.2.1板筋双层舱壁结构 5
1.2.2.2夹层板结构 5
1.3 本文的研究内容 6
第二章 侵彻理论 8
2.1 引言 8
2.2 侵彻特性分类 8
2.2.1 侵彻类型 8
2.2.2 靶板
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1.2.1 高速破片侵彻 2
1.2.2 舰船新型舱壁结构型式 5
1.2.2.1板筋双层舱壁结构 5
1.2.2.2夹层板结构 5
1.3 本文的研究内容 6
第二章 侵彻理论 8
2.1 引言 8
2.2 侵彻特性分类 8
2.2.1 侵彻类型 8
2.2.2 靶板的分类 9
2.2.3 靶板的破坏形式 10
2.2.4 弹体的破坏形式 11
2.3 薄型靶板侵彻原理 12
2.3.1 薄型靶板的侵彻特点 12
2.3.2 薄型靶板的变形理论 12
2.4 本章小结 14
第三章 高速破片侵彻典型舰船舱壁结构的有限元技术的研究 15
3.1 引言 15
3.2 侵彻模型的建模方法 15
3.2.1 建模方式 15
3.3 舰船舱壁结构模型的简化研究 17
3.3.1 舱壁结构有限元模型概述 17
3.3.2 确定入侵点位置 18
3.3.3 确定简化后的模型网格尺寸 19
3.4 本章小结 20
第四章 高速破片侵彻舰船舱壁结构的动态响应研究 21
4.1 引言 21
4.2 有限元模型的建立 21
4.3 计算结果的分析 22
4.3.1 舱壁受破片侵彻时的破坏模式 22
4.3.2 舱壁结构受破片侵彻的损伤区域 23
4.3.3 舱壁结构在经破片侵彻时的动能、变形能及加速度 24
4.3.4 舱壁结构不同时刻的应力及应变 28
4.3.5 舱壁结构的吸能特性 33
4.3.6 破片的剩余速度 35
4.4 不同工况下破片和舱壁结构动态响应分析 35
4.4.1破片侵彻时的位置 36
4.4.2 破片侵彻时的初速度 39
4.5 本章小结 42
结论 43
致谢 44
参考文献 45
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着时代的发展，船已经不仅仅是最原始的用于过江过河了，而是应用到了战争。从最原始的简单构造、随处可见的木材、极小的体型、载重，到现如今的复杂构造、各种高强度的钢材、巨大的体型及载重。而从近现代的一系列海战中，我们可以发现，舰船是被攻击的主要对象，是一场战争、一个国家保卫自己领土的起始点，也是海军各部队赖以生存并发动反攻击的一个大基地。
在战争中，导弹穿过舰船的舷侧外板，进入舱室中，然后爆炸，大量速度极快的破片将会形成。这些高速破片会对船中的舱壁结构产生巨大的侵彻作用，更有可能毁伤舰船内部的一些设施以及在船内的作战人员，进而对在海战中发挥巨大作用的舰船造成一系列的致命打击。
近现代以来越来越先进的设备、强力的武器弹药也在舰船上逐渐装备了，这直接强制使舰船的性能不得不得到很大的提高，直接导致了大型水面舰船的防护结构重要性的日益突出。恰好船体舱壁结构在主船体内部又处在一个重要位置，它也就顺其自然地成为了舰船舱室防护的主要结构，进而它的抗爆炸能力也变得尤其重要。如果舰船的抗爆能力不够强的话，那么一旦舰船上的结构破损舰船，舰船将受到极大的打击。再在无法再短时间内修复的情况下的话，那么此舰船基本已丧失了战斗力。所以为了保证舰船在战斗中的战斗力，提高舰船上结构的防御性能，已成了工程师设计建造一艘优秀舰船的主要目标之一。
综上所述，研究典型舰船舱壁结构的动态响应，并加以分析及运用。将会对舰船生命力的提高、战斗力的做出巨大的贡献。
但同时为了保证在作战中的舰船的战斗力，设计师在对舰船进行设计及建造时必须要采用一系列措施，极其重要的就是要提高舰船的主动、被动防御手段，以此来确保舰船的作战能力的持久性。
但如果只依靠舰船的主动防御手段，并不能真正解决反舰武器对舰船造成的打击。大型化的水面舰船，因其体积庞大，正好可以设置防护结构，以此来提升舰船作战时拥有的被动防御能力。防护结构的缺饭，对于大型水面舰船来说是致命的，严重时可能导致舰船整体的覆灭，那么此舰船将失去它在作战中的能力，同时也是一笔巨大的经济损失。正因为上述的各种因素，舰船上的防护结构的重要性便立马突显出来了。
纵观第二次世界大战之后的多次海战，反舰导弹现已经成为最主要的反舰武器，依据导弹战斗部性能的不同可划分为：聚能爆破型（外爆式）、半穿甲爆破型（内爆式），通过查阅资料并对比了它们各自的利用效率和毁伤效应，结果是半穿甲爆破型均是优秀的一方。也因此，基本上所有的大型水面舰船都配备半穿甲爆破型反舰导弹。
作为最后一道防线，舰船的被动防护结构将守护舰船到最后。设计精良防护结构，能“消化吸收”来自敌方的反舰武器的袭击。相反的，如果这个防护结构设计得并不够好，那么只要被敌方的反舰武器命中，便会出现战争中的舰船的覆灭，舰队信心的丧失，甚至就是战争的失败。而历史上无数的战列即是被动防护结构的重要性的最好证明。
正因为如此，基于现代的大型水面舰船的防护结构设计需要，针对在舱内爆炸形成的高速破片对船体防护结构侵彻作用下，舰船的舱壁结构抗爆炸性能和损伤破坏模式展开研究显得异常重要，也是未来舰船设计发展的必然走向。
1.2 国内外研究现状与进展
1.2.1 高速破片侵彻
半穿甲爆破型反舰导弹在穿入舰船舷侧板架后，在船体舱室里面爆破，会形成大量高速破片，使舱壁结构受
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外研究现状与进展 2
1.2.1 高速破片侵彻 2
1.2.2 舰船新型舱壁结构型式 5
1.2.2.1板筋双层舱壁结构 5
1.2.2.2夹层板结构 5
1.3 本文的研究内容 6
第二章 侵彻理论 8
2.1 引言 8
2.2 侵彻特性分类 8
2.2.1 侵彻类型 8
2.2.2 靶板
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1.2.1 高速破片侵彻 2
1.2.2 舰船新型舱壁结构型式 5
1.2.2.1板筋双层舱壁结构 5
1.2.2.2夹层板结构 5
1.3 本文的研究内容 6
第二章 侵彻理论 8
2.1 引言 8
2.2 侵彻特性分类 8
2.2.1 侵彻类型 8
2.2.2 靶板的分类 9
2.2.3 靶板的破坏形式 10
2.2.4 弹体的破坏形式 11
2.3 薄型靶板侵彻原理 12
2.3.1 薄型靶板的侵彻特点 12
2.3.2 薄型靶板的变形理论 12
2.4 本章小结 14
第三章 高速破片侵彻典型舰船舱壁结构的有限元技术的研究 15
3.1 引言 15
3.2 侵彻模型的建模方法 15
3.2.1 建模方式 15
3.3 舰船舱壁结构模型的简化研究 17
3.3.1 舱壁结构有限元模型概述 17
3.3.2 确定入侵点位置 18
3.3.3 确定简化后的模型网格尺寸 19
3.4 本章小结 20
第四章 高速破片侵彻舰船舱壁结构的动态响应研究 21
4.1 引言 21
4.2 有限元模型的建立 21
4.3 计算结果的分析 22
4.3.1 舱壁受破片侵彻时的破坏模式 22
4.3.2 舱壁结构受破片侵彻的损伤区域 23
4.3.3 舱壁结构在经破片侵彻时的动能、变形能及加速度 24
4.3.4 舱壁结构不同时刻的应力及应变 28
4.3.5 舱壁结构的吸能特性 33
4.3.6 破片的剩余速度 35
4.4 不同工况下破片和舱壁结构动态响应分析 35
4.4.1破片侵彻时的位置 36
4.4.2 破片侵彻时的初速度 39
4.5 本章小结 42
结论 43
致谢 44
参考文献 45
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着时代的发展，船已经不仅仅是最原始的用于过江过河了，而是应用到了战争。从最原始的简单构造、随处可见的木材、极小的体型、载重，到现如今的复杂构造、各种高强度的钢材、巨大的体型及载重。而从近现代的一系列海战中，我们可以发现，舰船是被攻击的主要对象，是一场战争、一个国家保卫自己领土的起始点，也是海军各部队赖以生存并发动反攻击的一个大基地。
在战争中，导弹穿过舰船的舷侧外板，进入舱室中，然后爆炸，大量速度极快的破片将会形成。这些高速破片会对船中的舱壁结构产生巨大的侵彻作用，更有可能毁伤舰船内部的一些设施以及在船内的作战人员，进而对在海战中发挥巨大作用的舰船造成一系列的致命打击。
近现代以来越来越先进的设备、强力的武器弹药也在舰船上逐渐装备了，这直接强制使舰船的性能不得不得到很大的提高，直接导致了大型水面舰船的防护结构重要性的日益突出。恰好船体舱壁结构在主船体内部又处在一个重要位置，它也就顺其自然地成为了舰船舱室防护的主要结构，进而它的抗爆炸能力也变得尤其重要。如果舰船的抗爆能力不够强的话，那么一旦舰船上的结构破损舰船，舰船将受到极大的打击。再在无法再短时间内修复的情况下的话，那么此舰船基本已丧失了战斗力。所以为了保证舰船在战斗中的战斗力，提高舰船上结构的防御性能，已成了工程师设计建造一艘优秀舰船的主要目标之一。
综上所述，研究典型舰船舱壁结构的动态响应，并加以分析及运用。将会对舰船生命力的提高、战斗力的做出巨大的贡献。
但同时为了保证在作战中的舰船的战斗力，设计师在对舰船进行设计及建造时必须要采用一系列措施，极其重要的就是要提高舰船的主动、被动防御手段，以此来确保舰船的作战能力的持久性。
但如果只依靠舰船的主动防御手段，并不能真正解决反舰武器对舰船造成的打击。大型化的水面舰船，因其体积庞大，正好可以设置防护结构，以此来提升舰船作战时拥有的被动防御能力。防护结构的缺饭，对于大型水面舰船来说是致命的，严重时可能导致舰船整体的覆灭，那么此舰船将失去它在作战中的能力，同时也是一笔巨大的经济损失。正因为上述的各种因素，舰船上的防护结构的重要性便立马突显出来了。
纵观第二次世界大战之后的多次海战，反舰导弹现已经成为最主要的反舰武器，依据导弹战斗部性能的不同可划分为：聚能爆破型（外爆式）、半穿甲爆破型（内爆式），通过查阅资料并对比了它们各自的利用效率和毁伤效应，结果是半穿甲爆破型均是优秀的一方。也因此，基本上所有的大型水面舰船都配备半穿甲爆破型反舰导弹。
作为最后一道防线，舰船的被动防护结构将守护舰船到最后。设计精良防护结构，能“消化吸收”来自敌方的反舰武器的袭击。相反的，如果这个防护结构设计得并不够好，那么只要被敌方的反舰武器命中，便会出现战争中的舰船的覆灭，舰队信心的丧失，甚至就是战争的失败。而历史上无数的战列即是被动防护结构的重要性的最好证明。
正因为如此，基于现代的大型水面舰船的防护结构设计需要，针对在舱内爆炸形成的高速破片对船体防护结构侵彻作用下，舰船的舱壁结构抗爆炸性能和损伤破坏模式展开研究显得异常重要，也是未来舰船设计发展的必然走向。
1.2 国内外研究现状与进展
1.2.1 高速破片侵彻
半穿甲爆破型反舰导弹在穿入舰船舷侧板架后，在船体舱室里面爆破，会形成大量高速破片，使舱壁结构受
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