發(fā)布時間：2020-09-28 18:56

　　 隨著反艦/反潛武器的多樣化和更新?lián)Q代,艦船面臨著越來越大的毀傷威脅,如何在艦船設計階段快速有效地評估來自反艦/反潛武器的毀傷效應就顯得十分關鍵。本文主要研究了水下非接觸爆炸作用下船體總體毀傷評估問題。由于實船試驗成本高昂,要想在艦船方案設計階段就能夠完成艦船總體毀傷的初步評估,則必須利用歷史試驗數(shù)據(jù)和有限元仿真技術形成原始數(shù)據(jù),并結合數(shù)據(jù)處理方法得到評估模型。為此提出了兩個研究目標:(1)能夠實現(xiàn)對任何沖擊環(huán)境下,快速進行船體總體毀傷的初步評估;(2)能夠應用人工智能技術對數(shù)據(jù)的處理能力,完成在現(xiàn)有實船/模型試驗數(shù)據(jù)或數(shù)值計算仿真數(shù)據(jù)的基礎上,建立相應的評估預測模型。為達到本課題的研究目的,本文以船體梁為研究對象,在課題組前期工作的基礎上,提出了快速評估要求。該文進行了以下研究工作:(1)介紹了水下非接觸爆炸理論和數(shù)值計算方法。分別對水下爆炸物理現(xiàn)象、水下爆炸載荷計算和基于Abaqus的水下非接觸爆炸數(shù)值計算進行了理論介紹;對Abaqus水下非接觸爆炸數(shù)值仿真過程和關鍵字設置作了詳細說明。(2)對比驗證了船體梁模型水下非接觸爆炸試驗與數(shù)值仿真結果。首先,介紹了船體梁模型試驗,并利用Abaqus軟件建立了與試驗工況相對應的4組數(shù)值仿真模型,進行相應仿真計算。然后,分別比較了各工況下的試驗與仿真結果,以驗證所做數(shù)值仿真的模型與方法可靠性,驗證結果表明,該仿真模型與方法可靠。最后,對經(jīng)驗證后的數(shù)值仿真模型結果作了進一步的詳細分析。(3)應用Matlab/Python/Abaqus數(shù)據(jù)聯(lián)合技術進行了船體梁模型的批量數(shù)值仿真計算。首先,分別詳細介紹了利用Matlab/Python聯(lián)合修改Abaqus的inp計算文件、通過Matlab提交inp文件給Abaqus后臺進行計算、Matlab利用Python腳本讀取odb數(shù)據(jù)并做分析處理這三個Abaqus二次開發(fā)子課題,編寫了相關程序腳本。然后,在工作(2)中數(shù)值仿真計算模型的基礎上,在一定范圍內(nèi)改變炸藥量和爆距,生成了50組隨機工況數(shù)據(jù)。最后,利用Matlab/Python/Abaqus數(shù)據(jù)聯(lián)合技術,對工作(2)中數(shù)值仿真計算對應的inp文件進行了批量修改、批量任務提交和odb文件數(shù)據(jù)的批量后處理,得到了每組的odb文件水下非接觸爆炸作用下船體總體毀傷最大撓度評估指標數(shù)據(jù)。(4)定義了水下非接觸爆炸作用下船體總體毀傷剩余強度因子評估指標,并研究了該指標的計算方法。分別用經(jīng)驗公式和有限元仿真兩種方法對該指標進行了計算。有限元仿真計算剩余強度因子時,分別就船體梁完整艙段和破損艙段,應用準靜態(tài)法算得了50組隨機工況對應的剩余強度因子數(shù)據(jù)。(5)應用支持向量機神經(jīng)網(wǎng)絡方法,實現(xiàn)了船體梁模型在水下非接觸爆炸作用下的快速毀傷評估。基于前面得到的50組隨機工況對應的總體毀傷評估指標數(shù)據(jù)(最大撓度和剩余強度因子),利用Matlab工具箱中的GA、PSO參數(shù)優(yōu)化支持向量機神經(jīng)網(wǎng)絡模型,進行了船體總體毀傷指標的訓練、測試。比較兩種參數(shù)優(yōu)化方法支持向量機神經(jīng)網(wǎng)絡的預測誤差,選擇了精度較高的參數(shù)優(yōu)化支持向量機神經(jīng)網(wǎng)絡(GA-PSO)模型,作為船體梁模型水下非接觸爆炸作用下的快速評估預測模型。本文將Matlab/Python/Abaqus數(shù)據(jù)聯(lián)合技術和機器學習方法結合起來,實現(xiàn)水下非接觸爆炸作用下船體總體毀傷的快速評估,這是國內(nèi)在該領域的首次探索。該方法為技術設計階段的計算驗證及初步評估提供支撐手段,對艦船結構抗沖擊的設計及研發(fā)工作具有一定的指導作用。
【學位單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U674.702
【部分圖文】：

H (2.16)01 0.41020.7RP (2.17)02 0.7103920RtP (2.18)圖 2.1 為一典型工況下的五階段壓力曲線圖。圖 2.1 典型工況下的五階段壓力曲線圖2.1.2.2 水下爆炸上浮氣泡運動求解Geer&Hunter 推導出了上浮-脈動氣泡的運動方程組。2 20 101 21/3 3l lf la c R z za a (2.19) 112 1/ 2lf lz c aza (2.20)其中用到的另外三個函數(shù)，l0氣泡外表面流體的膨脹速度勢 (m2/s)、l1平動速度勢 (m2/s)

邊界條件和tie連接

圖 3.1 船體梁試驗實體模型 3.1 為船體梁試驗模型參數(shù)值。表 3.1 船體梁試驗模型參數(shù)值物理量 模型參數(shù)船長(m) 2.8船寬(m) 0.3型深(m) 0.08船體噸位(kg) 34.2模型吃水(m) 0.04船體板厚度(mm) 3.0船體材料屈服強度(MPa) 235中剖面塑性極限彎矩(N.m) 2.03×104船體梁/水域有限元模型

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本文編號：2829137