舰船舱室内爆毁伤模式及力学判据研究

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随着反舰导弹武器穿甲效能及导航系统的发展,舰船的功能舱室成为精准打击目标。然而我国对于反舰导弹毁伤效能的考核没有统一标准,缺乏与舰船的目标特性相结合的系统研究。反舰导弹在舱室内爆作用下这些基本的船用构件会在爆炸超压及准静压作用下产生很大的塑性裂纹区,甚至出现局部断裂形成破口,进而失去船体强度的承载能力,尽管舱室内爆研究历史较长,但其毁伤机理仍未透彻。因此,研究舰船结构在内爆载荷作用下的毁伤模式及力学判据对毁伤评估与防护结构设计具有非常重要的意义。舰船结构在内爆载荷作用下的动态响应是复杂的非线性问题,且不同舱室结构及加筋布置也有差异,对如此复杂模型进行精确的理论求解极其困难。本文首先根据舱室破坏模式与板架结构破坏模式、边界条件、所处位置提出舱内爆的9种毁伤模式。通过大型舱段内爆试验并参考了国内外的相关内爆毁伤试验对可能出现的毁伤模式进行了分析。内爆试验工况较少,需通过数值仿真对典型毁伤模型进行研究分析,因此本文根据大型舱段模型试验对数值仿真的准确性进行验证以确保后续数值工况的可靠性。验证参数以典型工况的测点加速度信号及最终的毁伤破口为比对依据,对数值仿真的实现方法进行修正。本文重点针对小舱室在内爆载荷下小变形毁伤模式及大破口毁伤模式进行力学分析及其判据研究。舱室内爆的毁伤模式以船体板架结构为分析对象,简化为等效梁单元结构。对小变形毁伤模式及大破口毁伤模式进行塑性动力学分析,能得到对应的细化毁伤模式。通过ALE数值方法对其判据条件及预示公式的准确性进一步验证。最后通过相关的舱室内爆试验对本文方法的判据条件及预示条件的准确性进行验证。大通道层间高一般能达到2到3层典型小舱室的高度,板架结构尺寸大,泄压面积足够大时受冲击板架壁压载荷可以忽略后续准静压载荷且比例距离较大属于近场爆炸或接触爆炸范畴,因此爆炸冲击波传播过程是以球辐面传播。本文针对大通道内的爆炸环境提出响应假设条件,基于塑性动力学对典型船体板架结构的判据条件进行分析,并提出相应的破口预示公式,通过数值方法对待试梁结构在爆炸冲击载荷下的结构冲击响应进行分析,包括冲击梁中心挠度,临界冲击角,材料断裂应变以及塑性区范围,在满足一定精度条件下,以验证理论预报的准确性。基于船体力学模型,以等效梁的结构形式为基础设计了相关的结构断裂应变测量装置,并以板架结构的挠度冲击响应为衡量标准,提出了船体高强度用钢与普通钢的等效方法。
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