【摘要】：艦船面臨的爆炸破片主要來(lái)自反艦導(dǎo)彈穿艙爆炸和魚(yú)雷水下接觸爆炸。爆炸破片穿透能力較強(qiáng)，通常能侵徹4-6層艙壁，對(duì)艦船燃油艙和重要艦用設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重威脅。大型水面艦艇通常采用設(shè)置舷側(cè)防護(hù)液艙的方式吸收爆炸破片。本文以大型水面艦艇舷側(cè)防護(hù)液艙防爆炸破片作用為研究背景，綜合理論、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真方法對(duì)液艙防爆炸破片侵徹作用機(jī)理進(jìn)行了研究，開(kāi)展了以下具體研究工作： 開(kāi)展了液艙艙壁材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性研究，設(shè)計(jì)了準(zhǔn)靜態(tài)拉伸和SHPB試樣，開(kāi)展了準(zhǔn)靜態(tài)拉伸和SHPB實(shí)驗(yàn)，基于雙波法得到了不同應(yīng)變率下船用945鋼的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；對(duì)比了兩種不同的應(yīng)變率強(qiáng)化模型的差異，提出了基于CS模型的2種修正模型，并在各應(yīng)變率區(qū)間進(jìn)行了對(duì)比分析；采用數(shù)值仿真方法對(duì)是否計(jì)及應(yīng)變率效應(yīng)的模型進(jìn)行了對(duì)比分析。 開(kāi)展了液艙艙壁材料的損傷特性研究，提出了一種計(jì)及應(yīng)力三軸度效應(yīng)的斷裂準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)了各種應(yīng)力三軸度下的試樣，開(kāi)展了缺口拉伸、純剪切、壓剪和單軸壓縮試驗(yàn)；提出了一種基于有限元方法修正平均應(yīng)力三軸度值的方法，對(duì)比了不同應(yīng)力三軸度下船用低碳鋼的斷裂應(yīng)變，分析了應(yīng)力三軸度影響斷裂應(yīng)變的微觀機(jī)理并推導(dǎo)了應(yīng)力三軸度截?cái)嘈?yīng)，得到了2種計(jì)及應(yīng)力三軸度影響的斷裂準(zhǔn)則參數(shù)，并通過(guò)Taylor桿撞擊試驗(yàn)進(jìn)行了不同斷裂準(zhǔn)則的對(duì)比驗(yàn)證。 開(kāi)展了液艙艙壁防破片作用機(jī)理研究，提出了一種基于絕熱剪切機(jī)理的爆炸破片侵徹液艙壁剩余速度理論模型。將破片侵徹液艙艙壁的全過(guò)程分成4個(gè)典型階段，分析了絕熱剪切沖塞模式下爆炸破片侵徹液艙艙壁過(guò)程中的能量損失關(guān)系，得到了利用材料本構(gòu)方程推導(dǎo)絕熱剪切臨界溫度和臨界應(yīng)變的方法，并給出了能量損耗關(guān)系和剩余速度公式；采用數(shù)值仿真方法開(kāi)展了爆炸破片侵徹液艙艙壁的計(jì)算，分別討論了材料的溫度效應(yīng)，艙內(nèi)液體對(duì)破片剩余速度的影響。 開(kāi)展了艙內(nèi)液體衰減破片速度機(jī)理研究，，理論推導(dǎo)了速度衰減公式，確定阻力系數(shù)為影響速度衰減的關(guān)鍵因素；在驗(yàn)證了數(shù)值仿真方法在超空泡和速度衰減準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了不同長(zhǎng)徑比、不同速度破片入水的數(shù)值仿真計(jì)算，對(duì)比了不同速度下的衰減規(guī)律，擬合得到了不同階段的阻力系數(shù)公式，并分析了阻力系數(shù)變化的主要原因。 開(kāi)展了破片侵徹液艙過(guò)程的能量吸收機(jī)理研究，對(duì)高速破片入水形成的沖擊波機(jī)理進(jìn)行了理論分析，基于微幅波勢(shì)流理論，在平頭破片速度衰減公式的基礎(chǔ)上，結(jié)合破片衰減動(dòng)能與水體增加動(dòng)能、勢(shì)能的守恒關(guān)系，給出了沖擊波計(jì)算的理論模型，并驗(yàn)證了方法的可用性。開(kāi)展了小型液艙的有限元仿真計(jì)算，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算沖擊波的有效性，將破片侵徹液艙的整個(gè)過(guò)程分成了四個(gè)階段，對(duì)比了有無(wú)液體的破片速度衰減規(guī)律，不同液艙板厚比對(duì)能量吸收的影響以及破片能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換關(guān)系。 本文獲得的研究成果可以為艦船舷側(cè)防護(hù)液艙的設(shè)計(jì)以及液艙吸收破片機(jī)理的理解提供必要的理論基礎(chǔ)，具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U674.70

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2583614