50米钢质艇和复合材料艇抗爆性能对比分析

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1、国内图书分类号：TB332学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文50米钢质艇与复合材料艇抗爆性能对比分析硕士研究生：王海保导师：边文凤教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：船舶工程学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB332U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringCOMPARATIVEANALYSEOFRESPONSEONSTEELANDCOMPOSITESHIPSUNDERWATEREXPLOSIONCandidate：

2、WangHaibaoSupervisor：Prof.BianWenfengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofNavalArchitectureDateofDefence：July,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要舰船在战时执行任务过程中，不可避免的会面临非接触爆炸引起的冲击破坏问题。非接触爆炸作用于

3、船体结构时，会造成船体结构及船用设备大范围的破坏。因此，必须对舰船在非接触水下爆炸下的破坏效应进行研究。舰船结构与设备抗冲击响应的激励源是水下爆炸载荷，对其进行准确的描述是研究舰船抗冲击响应的基础，因此本文首先对水下爆炸载荷进行了研究，并针对无限水域炸药的爆炸过程，利用瞬态动力学软件MSC.DYTRAN进行了数值计算，获得了水下爆炸载荷特点及变化规律，结果与经验公式吻合较好；对空背板的抗冲击响应进行了仿真，与试验结果相符合。然后，建立了某复合材料舰艇有限元模型，并对其抗冲击性能进行了分析。当冲击波峰值压力传递到舰船时，舰船位移响应迅速增大，然后趋于平稳；对于船体外板，横舱壁之

4、间和甲板之间的变形较大，最大变形出现在二甲板与三甲板之间，四、五横舱壁以及五、六横舱壁之间。舰船的加速度响应具有高频特性，2并且在冲击波载荷作用下，舰船加速度比较大，部分节点可以达到接近5000m/s。对舰船上一些观测节点通过蔡-吴张量失效准则（E.M.Wu）进行了校核，认为本复合材料舰艇在本文定义的冲击环境下并没有发生失效。接着，建立了型表面与复合材料舰艇相同的两钢质舰艇（质量与复合材料舰艇相当、尺寸厚度与复合材料舰艇相当），对两舰艇抗冲击性能进行了仿真，并与复合材料舰艇进行了对比分析，认为复合材料舰艇抗冲击性能要比低磁钢舰艇抗冲击性能好。另外，本文对比了低碳钢与低磁钢材料

5、抗冲击性能。低碳钢因应变率敏感性较高，动态屈服应力提高显著，可以承受更大的冲击载荷。同时，本文研究了材料模型的设置、应变率效应对仿真结果的影响进行了研究。考虑应变率的与否以及应变率参数的选择对仿真结果影响较大。关键词：舰艇；钢质；复合材料；抗爆性能；动态响应-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWhennavalwarshipisexecutingthetask,itisinevitablethatitwillbeimpactfractureconfrontedwithnon-contactexplosion.Whennon-contactexplosionsa

6、ctonthehull,thehullstructuresandtheshipborneequipmentwillbesabotagedinlargescale.Therefore,toenhancethevitalityandbattleeffectivenessofthewarship,itisamusttomakeresearchontheresponseofwarshipsundernon-contactexplosions.Theenvironmentthatminesweepersworkputforwardharshrequestsonthematerialbu

7、ildingit.Theserequestsincludeantimagneticandwellperformanceunderexplosionsshocks.Mostcommonusedmaterialsbuildingminesweepersarelow-magneticsteelandglassfiberreinforcedplastic(GFRP).Thedrivingsourceoftheresponseofhullstructureandequipmentunderexplosionsho