【摘要】：艦船面臨的爆炸破片主要來自反艦導彈穿艙爆炸和魚雷水下接觸爆炸。爆炸破片穿透能力較強，通常能侵徹4-6層艙壁，對艦船燃油艙和重要艦用設備構成嚴重威脅。大型水面艦艇通常采用設置舷側防護液艙的方式吸收爆炸破片。本文以大型水面艦艇舷側防護液艙防爆炸破片作用為研究背景，綜合理論、實驗和數(shù)值仿真方法對液艙防爆炸破片侵徹作用機理進行了研究，開展了以下具體研究工作： 開展了液艙艙壁材料的動態(tài)力學特性研究，設計了準靜態(tài)拉伸和SHPB試樣，開展了準靜態(tài)拉伸和SHPB實驗，基于雙波法得到了不同應變率下船用945鋼的應力應變關系；對比了兩種不同的應變率強化模型的差異，提出了基于CS模型的2種修正模型，并在各應變率區(qū)間進行了對比分析；采用數(shù)值仿真方法對是否計及應變率效應的模型進行了對比分析。 開展了液艙艙壁材料的損傷特性研究，提出了一種計及應力三軸度效應的斷裂準則。設計了各種應力三軸度下的試樣，開展了缺口拉伸、純剪切、壓剪和單軸壓縮試驗；提出了一種基于有限元方法修正平均應力三軸度值的方法，對比了不同應力三軸度下船用低碳鋼的斷裂應變，分析了應力三軸度影響斷裂應變的微觀機理并推導了應力三軸度截斷效應，得到了2種計及應力三軸度影響的斷裂準則參數(shù)，并通過Taylor桿撞擊試驗進行了不同斷裂準則的對比驗證。 開展了液艙艙壁防破片作用機理研究，提出了一種基于絕熱剪切機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程分成4個典型階段，分析了絕熱剪切沖塞模式下爆炸破片侵徹液艙艙壁過程中的能量損失關系，得到了利用材料本構方程推導絕熱剪切臨界溫度和臨界應變的方法，并給出了能量損耗關系和剩余速度公式；采用數(shù)值仿真方法開展了爆炸破片侵徹液艙艙壁的計算，分別討論了材料的溫度效應，艙內液體對破片剩余速度的影響。 開展了艙內液體衰減破片速度機理研究，，理論推導了速度衰減公式，確定阻力系數(shù)為影響速度衰減的關鍵因素；在驗證了數(shù)值仿真方法在超空泡和速度衰減準確性的基礎上，開展了不同長徑比、不同速度破片入水的數(shù)值仿真計算，對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。 開展了破片侵徹液艙過程的能量吸收機理研究，對高速破片入水形成的沖擊波機理進行了理論分析，基于微幅波勢流理論，在平頭破片速度衰減公式的基礎上，結合破片衰減動能與水體增加動能、勢能的守恒關系，給出了沖擊波計算的理論模型，并驗證了方法的可用性。開展了小型液艙的有限元仿真計算，驗證了數(shù)值計算方法計算沖擊波的有效性，將破片侵徹液艙的整個過程分成了四個階段，對比了有無液體的破片速度衰減規(guī)律，不同液艙板厚比對能量吸收的影響以及破片能量的轉移和轉換關系。 本文獲得的研究成果可以為艦船舷側防護液艙的設計以及液艙吸收破片機理的理解提供必要的理論基礎，具有重要的理論意義與實用價值。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U674.70

【參考文獻】

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本文編號：2583614