冲击载荷作用下壳梁结构响应分析的CSPM方法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文冲击载荷作用下壳梁结构响应分析的CSPM方法研究硕士研究生：黄玉虹指导教师：孙士丽副教授学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造论文主审人：郭君副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文冲击载荷作用下壳梁结构响应分析的CSPM方法研究硕士研究生：黄玉虹指导教师：孙士丽副教授学位级别：工学硕士学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年1月4日论文答辩日期：2018年3月13日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertat

2、ionfortheDegreeofM.EngStudyontheResponseAnalysisofShellsandBeamsunderImpactLoadBasedontheCSPMMethodCandidate:HuangYuhongSupervisor:Prof.SunShiliAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureDateofSubmission:Jan.4,2018DateofOral

3、Examination:Mar.13,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究

4、生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日冲击载荷作用下壳梁结构响应分析的CSPM方法研

5、究摘要舰船在作战条件下会受到各种武器的攻击，直接威胁舰船的生存能力，因此研究冲击载荷作用下船体结构的响应具有重要的意义。舰船的总体结构大多可以简化为壳梁结构，因此对冲击载荷作用下船体壳梁结构响应分析研究意义重大。目前广泛使用的基于拉格朗日网格的有限元法处理大变形等问题时会遇到网格畸变等问题，光滑粒子流体动力学（SPH）是一种无网格方法，可以完全摆脱计算网格的限制，非常适合求解大变形问题。本文首先研究了国内外无网格方法的具有代表性的工作，重点针对无网格方法在计算结构动力学方面的研究现状，选取了修正光滑粒子流体动力学方法（correctivesmoothedparticlemeth

6、od，CSPM）作为壳梁结构的静动力学响应分析的研究方法。针对传统SPH的完备性缺陷，使用CSPM方法修正改进了SPH方法，提高了计算精度。针对直接使用实体单元建模耗费计算资源的缺点，基于Mindlin-Reissner平板理论建立了CSPM壳结构模型，仅使用通过壳结构中面的一层粒子描述壳结构运动。建立CSPM壳结构的控制方程，考虑了结构大变形中的几何非线性问题，将CSPM方法应用于壳结构静力和动力响应分析中。为解决无网格方法在数值计算中的不稳定现象，使用拉格朗日核函数以及应力点积分技术提高了计算的稳定性。针对无网格方法中梁结构简化的理论问题，基于Timoshenko梁理论建立

7、二维平面梁的CSPM几何非线性静力和动力分析方法，结构的几何离散仅需在中性轴上布置一列粒子，完善了CSPM方法中实体-壳-梁三种典型结构理论。同时推导了等效加筋板和耦合加筋板理论公式，研究了两种理论方法的优缺点和应用范围。为将来的三维无网格梁以及复杂板架结构的理论公式推导打下基础。在水下爆炸的冲击载荷使船体结构在达到破坏前产生屈曲失效的工程问题研究中，采用CSPM方法研究了弹性圆柱壳结构的动力响应问题。研究了圆柱壳结构的在冲击载荷作用下动力屈曲问题，探讨了不同的冲击波峰值和周期对于动力屈曲特