為選擇與優(yōu)化艦船復(fù)合材料防護結(jié)構(gòu),根據(jù)陶瓷材料的密度小、強度大、硬度高、抗沖擊性能良好等特征,建立以金屬為面板的金屬/陶瓷復(fù)合材料和以陶瓷為面板的陶瓷/金屬復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型,研究復(fù)合材料層合板在爆炸沖擊載荷下的抗沖擊性能,陶瓷/金屬復(fù)合材料的抗爆炸沖擊性能遠遠優(yōu)于金屬/陶瓷復(fù)合材料的抗爆炸沖擊性能。在此基礎(chǔ)上,考慮復(fù)合材料層合板在防護結(jié)構(gòu)中的位置,討論不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對防護結(jié)構(gòu)爆炸沖擊性能的影響。研究結(jié)果表明,當復(fù)合材料層合板設(shè)置在空艙外板時,艦船的抗爆炸沖擊性能相對較優(yōu)。 

【文章來源】：艦船科學技術(shù). 2020,42(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

模型2、模型4、模型5的空艙外板均設(shè)置復(fù)合材圖4損傷變形圖Fig.4Damagedeformation2液艙內(nèi)板中心處的最大應(yīng)力為

設(shè)計本節(jié)以金屬為面板的金屬/陶瓷復(fù)合材料和以陶瓷為面板的陶瓷/金屬復(fù)合材料，研究材料不同的配置順序?qū)Ψ雷o結(jié)構(gòu)安全的影響。目前用于摧毀水面艦艇的魚雷裝藥量在200～500kg之間，模型中選取高爆炸藥300kg，折合成TNT當量約為500kg，各艙室之間的距離選取1m[4]。2.1金屬/陶瓷復(fù)合材料的抗爆性能以金屬為面板、陶瓷為背板組成的復(fù)合材料研究防護結(jié)構(gòu)的抗爆炸沖擊波性能（見圖1），面板與背板的厚度配置為10mm:10mm。圖2為金屬/陶瓷復(fù)合材料的損傷變形圖。可見第1層金屬面板的破口直徑達1m，陶瓷背板破口直徑達0.8m，第2層金屬面板沒有破口只產(chǎn)生輕微凹陷，陶瓷背板產(chǎn)生一直徑達0.7m的破口。爆炸沖擊波在高速沖擊第2層金屬面板時，應(yīng)力瞬間急劇增大，接觸面處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象使面板中心破壞，當壓縮應(yīng)力波傳到陶瓷背板后，陶瓷背板反射回拉伸應(yīng)力波作用于金屬面板，抵消掉一部分沖擊波延緩面板的破碎。第3層的金屬面板由于厚度較大，反射應(yīng)力波傳播時間較長，因此無破口產(chǎn)生，同時由于陶瓷背板沒有有效支撐，因此產(chǎn)生一直徑0.7m的破口。2.2陶瓷/金屬復(fù)合材料的抗沖擊性能以陶瓷為面板、金屬為背板組成的復(fù)合材料研究防護結(jié)構(gòu)的抗爆炸沖擊波性能（見圖3），面板與背板的厚度配置為10mm:10mm，其他參數(shù)相同。圖4為陶瓷/金屬復(fù)合材料的損傷變形圖。第1層陶瓷面板的破口直徑達0.8m，金屬背板破口直徑達1m，第2層陶瓷面板沒有破口只產(chǎn)生輕微凹陷，金屬背板產(chǎn)生的破口直徑達0.5m，通過破口的比較可見陶瓷/金屬復(fù)合材料的損傷變形小于金屬/陶瓷復(fù)合材料的損傷變形。圖5為2種不同面

0.147m，陶瓷/金屬復(fù)合材料的最大位移為0.123m，很明顯陶瓷/金屬復(fù)合材料的抗爆炸沖擊性能遠遠優(yōu)于金屬/陶瓷復(fù)合材料的抗爆炸沖擊性能。3復(fù)合材料在艙室中位置影響仿真分析考慮到如果防護結(jié)構(gòu)中各艙室的板材都設(shè)置為復(fù)合材料，雖然能夠達到良好的防護效果，但艦船自重增加，并且建造復(fù)雜拖延了艦船制造的進度。在保證艦船抗爆能量的基礎(chǔ)上，本節(jié)將減少防護結(jié)構(gòu)中復(fù)合材料設(shè)置的層數(shù)，并研究復(fù)合材料層合板放置的位置對防護結(jié)構(gòu)抗爆炸沖擊性能的影響。3.1有限元模型為比較水下接觸爆炸作用下復(fù)合材料層合板位置對防護結(jié)構(gòu)抗爆性能的影響，建立了6種模型，分別將復(fù)合材料設(shè)置在空艙外板、液艙外板及液艙內(nèi)板，其余設(shè)置為鋼板，如圖6所示。3.2數(shù)值結(jié)果對比分析圖7為6種模型空艙外板的損傷變形圖�？梢钥闯觯张撏獍宓钠瓶谥睆酱笾孪嗤�，而液艙外板均無破口產(chǎn)生。圖8為6種模型液艙內(nèi)板中心處應(yīng)力的對比曲線。對于最內(nèi)層結(jié)構(gòu)，其遭受破壞的程度直接影響整個防護結(jié)構(gòu)的安全性�？梢钥闯觯Ｐ�3、模型5、模型6的液艙內(nèi)板中心處應(yīng)力明顯高于模型1、模型2、模型4的，而模型3、模型5、模型6的液艙內(nèi)板均設(shè)置復(fù)合材料，模型1、模型2、模型4的液艙內(nèi)板沒有設(shè)置復(fù)合材料。對模型1、模型2、模型4進行比較，可以看出，雖然模型4設(shè)置了2層復(fù)合材料，但與設(shè)置一層復(fù)合材料的模型1、模型2比較應(yīng)力沒有明顯的減校模型1液艙內(nèi)板中心處的最大應(yīng)力為1.4MPa，模型圖2損傷變形圖Fig.2Damagedeformation圖3模型圖Fig.3Themodel·38·艦船科學技術(shù)第42卷


本文編號：3210340