爆炸载荷作用下复合舱壁结构响应研究(附件)【字数：17774】
摘 要摘 要现代海战中，由于导弹武器的发展，必然会发生导弹在舰艇内部发生爆炸的情况。随着爆炸当量与爆炸冲击波持续时间的明显增加，舰船的结构所受的爆炸载荷也更为恶劣。因此，积极开展爆炸载荷作用下的舱壁的结构响应研究对舰船抗爆能力与生命力和战斗力具有重要意义。本文在分析、运用爆炸冲击波理论的基础上利用瞬态动力学有限元分析软件MSC.DYTRAN进行数值模拟。先简单介绍爆炸冲击波理论以及有限元技术发展，在对复合舱壁模型进行网格划分建立模型，确定多种计算工况，研究不同工况下的复合舱壁结构响应，包括吸能情况以及应力分布，比较分析计算结果得出结论。主要研究内容如下（1）研究爆炸冲击波理论，开展有限元数值仿真技术的研究。在爆炸冲击波理论基础上，结合有限元MSC.DYTRAN基本理论，建立复合舱壁模型，研究了空中爆炸冲击波的数值模拟方法；（2）对舱室结构进行简化，在冲击波载荷下对舱室构件进行简化，确定简化的有限元模型。在此简化的基础上，分别对欧拉网格的大小、边界条件、耦合面选取，进行数值仿真分析计算；（3）冲击波载荷下复合舱壁结构的响应分析。对所建立的复合舱室模型进行数值模拟研究，分析爆炸冲击波对复合舱壁结构与加强筋舱壁结构的不同，并计算舱壁结构在不同炸药量、不同爆距下的结构响应。关键词舱内爆炸；爆炸载荷；复合舱壁；结构响应；船壁结构型式
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状与进展 2
1.2.1 理论研究 3
1.2.2 实验研究 3
1.3 舱壁结构抗爆性能的研究 4
1.4 本文研究内容 4
第二章 爆炸载荷冲击波理论 5
2.1 引言 5
2.2 空中爆炸冲击波理论 5
2.2.1 空中爆炸原理 5
2.2.2 冲击波的基本关系式 5
2.2.3 空中爆炸冲击波的传播理论 7
2.3 爆炸载荷下复合舱壁结构响应分析 8
2.4 MSC.DYTRAN的基本理论 8
2.5 显式时间积分法 9
2.6 MSC.DYTRAN程序中欧拉方程求解的基本理论 11
2.7 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
模型中欧拉网格大小的选取 11
2.8 本章小结 16
第三章 爆炸载荷作用下复合舱壁的建模 17
3.1 引言 17
3.2 有限元模型的建立 17
3.2.1 夹芯结构模型 17
3.2.2 模型材料参数 18
3.3 模型边界条件的选择 18
3.4 耦合面的选取 19
3.5 耦合方法的选取 19
3.6 计算工况 21
3.7 本章小结 21
第四章 爆炸载荷作用下的复合舱壁的结构响应分析 22
4.1 引言 22
4.2 舱壁结构与复合舱壁结构抗爆性能的评判标准 22
4.2.1 舱壁结构吸能 22
4.2.2 舱壁结构位移 24
4.3 复合舱壁结构响应结果 25
4.3.1 复合舱壁的应力 25
4.3.2 复合舱壁吸能 42
4.4 本章小结 44
结 论 45
致 谢 46
参 考 文 献 47
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
进入21世纪，地区发展不平衡，形成了世界经济政治多极化，引发了地区冲突和局部战争连绵不断。在大大小小数千次战役中，对海上控制权的争夺尤为重要。为了争夺海上控制权就对舰船的战斗力提出了极高的要求。它极大程度上反映一个国家的综合实力。因此，各国一直都对舰船抗爆和舰船生命力的研究十分重视。随着科技的不断发展，舰船配备的现代化攻击性武器杀伤性越来越大，船舶的造价也越来越高，对这方面的研究也越来越受到各国的重视。在海上战争中，因为舰船是海军赖以生存的和对敌方进行攻击的主要平台，自然也是对方主要的攻击目标。反舰导弹在舰船的舱室内爆炸，爆炸后炸弹会瞬间在舱室内部急剧膨胀，产生爆炸载荷，呈球状向外迅速扩散，作用到舰船的舷侧、甲板、舱壁，使其发生变形，对船体造成破坏，致使舰船丧失战斗力，威胁船上人员的生命安全。因此不能够忽视爆炸载荷产生的冲击波对舰船造成的破坏。
在近现代海上战役中，舰船的战略地位很重要而且造价高。各国军方都在通过何种方式来提高舰船的抗爆能力方面的研究投入了大量经费、大量研究人员。现代船舶如何提高其抗爆性能也变为了研究重点。
英国早在上世纪80年代吸取了Sheffield号的教训后自主研发了一种程序SSVUL，可以对舰船抗爆能力的进行测评，其中采用带数据库的专家级系统可以对船体和设备的破坏程度与后果进行判断，并达到了很高的水准。自19世纪以来，美国同样一直都在进行舰船抗爆能力的研究。每当研制成功一种舰船，便会用实船进行一系列爆炸试验，来保证这类舰船具有很强的生命力，然后才会进入批量生产。这甚至写入了美国的国家规定，如果不能保证规定便要求重新设计，直至满足规范。从上世纪80年代后期至今，在波斯湾冲突和沙漠风暴行动中美国共有4艘舰船被重武器击中，都没有造成致命的伤害，体现了那4艘舰舶具有极强的抗爆能力。
世界各国也都在如何提高舰船的抗爆性能方面投入了大量人力物力，并获得了巨大成功，提高了反舰武器的射程、威力和精度等方面性能。在二战后，随着各国军事实力的提高，用于海上作战的武器也越来越先进，破坏力也越来越强。
近现代各个国家使用的海上导弹大多为半穿甲型反舰导弹，并通过在导弹上安装延时设备及延时引信设备等，以此来控制导弹在穿透船体后在复合舱的内部发生爆炸，使其破坏力达到最大，使船舱内部设施以及结构被大面积破坏，人员伤亡的机率大幅度提高。现在使用这种延时的半穿甲型导弹成为有效打击敌方舰船的最有效的手段。同时，由于舱壁结构在船体内部结构中扮演者极其重要的角色，各国政府也投入大量资金力量用以改进重要舱室的舱壁结构，所以评价舰船生命力的标准多为舱壁结构的抗爆性能高低。投入大量财力物力人力用于此项研究可以使舰船拥有极强的抗爆性，使其在海战中处于优势地位。
当炸药在舱室内部爆炸时，在瞬间产生巨大载荷，作用在船体，对舱壁结构造成永久性破坏，也就要求复合舱壁具有很强的抗爆能力。本课题采用了MSC.DYTRAN软件对舱内爆炸载荷作用下的典型复合舱壁结构的动态响应及结构型式进行研究。
1.2 国内外研究现状与进展
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状与进展 2
1.2.1 理论研究 3
1.2.2 实验研究 3
1.3 舱壁结构抗爆性能的研究 4
1.4 本文研究内容 4
第二章 爆炸载荷冲击波理论 5
2.1 引言 5
2.2 空中爆炸冲击波理论 5
2.2.1 空中爆炸原理 5
2.2.2 冲击波的基本关系式 5
2.2.3 空中爆炸冲击波的传播理论 7
2.3 爆炸载荷下复合舱壁结构响应分析 8
2.4 MSC.DYTRAN的基本理论 8
2.5 显式时间积分法 9
2.6 MSC.DYTRAN程序中欧拉方程求解的基本理论 11
2.7 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
模型中欧拉网格大小的选取 11
2.8 本章小结 16
第三章 爆炸载荷作用下复合舱壁的建模 17
3.1 引言 17
3.2 有限元模型的建立 17
3.2.1 夹芯结构模型 17
3.2.2 模型材料参数 18
3.3 模型边界条件的选择 18
3.4 耦合面的选取 19
3.5 耦合方法的选取 19
3.6 计算工况 21
3.7 本章小结 21
第四章 爆炸载荷作用下的复合舱壁的结构响应分析 22
4.1 引言 22
4.2 舱壁结构与复合舱壁结构抗爆性能的评判标准 22
4.2.1 舱壁结构吸能 22
4.2.2 舱壁结构位移 24
4.3 复合舱壁结构响应结果 25
4.3.1 复合舱壁的应力 25
4.3.2 复合舱壁吸能 42
4.4 本章小结 44
结 论 45
致 谢 46
参 考 文 献 47
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
进入21世纪，地区发展不平衡，形成了世界经济政治多极化，引发了地区冲突和局部战争连绵不断。在大大小小数千次战役中，对海上控制权的争夺尤为重要。为了争夺海上控制权就对舰船的战斗力提出了极高的要求。它极大程度上反映一个国家的综合实力。因此，各国一直都对舰船抗爆和舰船生命力的研究十分重视。随着科技的不断发展，舰船配备的现代化攻击性武器杀伤性越来越大，船舶的造价也越来越高，对这方面的研究也越来越受到各国的重视。在海上战争中，因为舰船是海军赖以生存的和对敌方进行攻击的主要平台，自然也是对方主要的攻击目标。反舰导弹在舰船的舱室内爆炸，爆炸后炸弹会瞬间在舱室内部急剧膨胀，产生爆炸载荷，呈球状向外迅速扩散，作用到舰船的舷侧、甲板、舱壁，使其发生变形，对船体造成破坏，致使舰船丧失战斗力，威胁船上人员的生命安全。因此不能够忽视爆炸载荷产生的冲击波对舰船造成的破坏。
在近现代海上战役中，舰船的战略地位很重要而且造价高。各国军方都在通过何种方式来提高舰船的抗爆能力方面的研究投入了大量经费、大量研究人员。现代船舶如何提高其抗爆性能也变为了研究重点。
英国早在上世纪80年代吸取了Sheffield号的教训后自主研发了一种程序SSVUL，可以对舰船抗爆能力的进行测评，其中采用带数据库的专家级系统可以对船体和设备的破坏程度与后果进行判断，并达到了很高的水准。自19世纪以来，美国同样一直都在进行舰船抗爆能力的研究。每当研制成功一种舰船，便会用实船进行一系列爆炸试验，来保证这类舰船具有很强的生命力，然后才会进入批量生产。这甚至写入了美国的国家规定，如果不能保证规定便要求重新设计，直至满足规范。从上世纪80年代后期至今，在波斯湾冲突和沙漠风暴行动中美国共有4艘舰船被重武器击中，都没有造成致命的伤害，体现了那4艘舰舶具有极强的抗爆能力。
世界各国也都在如何提高舰船的抗爆性能方面投入了大量人力物力，并获得了巨大成功，提高了反舰武器的射程、威力和精度等方面性能。在二战后，随着各国军事实力的提高，用于海上作战的武器也越来越先进，破坏力也越来越强。
近现代各个国家使用的海上导弹大多为半穿甲型反舰导弹，并通过在导弹上安装延时设备及延时引信设备等，以此来控制导弹在穿透船体后在复合舱的内部发生爆炸，使其破坏力达到最大，使船舱内部设施以及结构被大面积破坏，人员伤亡的机率大幅度提高。现在使用这种延时的半穿甲型导弹成为有效打击敌方舰船的最有效的手段。同时，由于舱壁结构在船体内部结构中扮演者极其重要的角色，各国政府也投入大量资金力量用以改进重要舱室的舱壁结构，所以评价舰船生命力的标准多为舱壁结构的抗爆性能高低。投入大量财力物力人力用于此项研究可以使舰船拥有极强的抗爆性，使其在海战中处于优势地位。
当炸药在舱室内部爆炸时，在瞬间产生巨大载荷，作用在船体，对舱壁结构造成永久性破坏，也就要求复合舱壁具有很强的抗爆能力。本课题采用了MSC.DYTRAN软件对舱内爆炸载荷作用下的典型复合舱壁结构的动态响应及结构型式进行研究。
1.2 国内外研究现状与进展
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