本文關(guān)鍵詞：船舶舷側(cè)結(jié)構(gòu)的抗爆性能研究及優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：隨著國防科技的快速發(fā)展，各種水面作戰(zhàn)武器的打擊力度及打擊精度都大幅提高，打擊手段也不斷豐富，在一線服役的艦船遭受武器攻擊和破壞的風險隨之不斷升高。為了能夠?qū)λ卤鞯墓糇龀鲇行У姆雷o，保證水面艦船在受到攻擊后仍然保有生命力，各個國家都在積極地開展水下爆炸載荷作用機理、結(jié)構(gòu)在水下爆炸作用下的響應(yīng)機理以及結(jié)構(gòu)抗沖擊性能理論、優(yōu)化設(shè)計等領(lǐng)域的理論及實驗研究，并不斷探索和提出新型的抗沖擊舷側(cè)結(jié)構(gòu)。 艦船舷側(cè)結(jié)構(gòu)在遭受水下爆炸載荷作用時，會在很短的時間內(nèi)發(fā)生非常復(fù)雜的非線性動態(tài)響應(yīng)，是一個強非線性問題。想要通過數(shù)學模型來得到此類復(fù)雜問題的解析解是非常困難的，同時，試驗研究也受限于其試驗本身的不確定性和資金問題，無法大規(guī)模應(yīng)用。在這樣的背景之下，本文采用數(shù)值仿真試驗的方法，既解決了數(shù)學模型求解難的問題，也不存在過多資金成本的問題，從爆炸載荷特性、不同形式的舷側(cè)結(jié)構(gòu)對載荷的響應(yīng)以及舷側(cè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計幾個方面入手對水下爆炸載荷下的船舶結(jié)構(gòu)響應(yīng)以及優(yōu)化設(shè)計進行了研究，并討論了不同形式結(jié)構(gòu)抗爆性能的差異。 本文首先在研究了炸藥爆轟理論的基礎(chǔ)上，采用庫爾半理論半經(jīng)驗公式，，模擬了沖擊波載荷在艦船舷側(cè)結(jié)構(gòu)上的作用，為計算結(jié)構(gòu)的響應(yīng)提供了理論基礎(chǔ)。 在此基礎(chǔ)上，本文通過顯示非線性有限元求解技術(shù)，對結(jié)構(gòu)簡化模型的動態(tài)響應(yīng)過程進行了仿真模擬，計算結(jié)果給出了結(jié)構(gòu)在沖擊波載荷下的加速度、速度、位移等結(jié)構(gòu)響應(yīng)以及各部分構(gòu)件的吸能、比吸能水平等結(jié)構(gòu)性能。同時，本文還從結(jié)構(gòu)抗沖擊性能的角度給出了三種具有抗沖擊性能的舷側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計，并針對每種設(shè)計對上述的動態(tài)響應(yīng)進行了分析和比較。 結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)與結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)息息相關(guān)，結(jié)構(gòu)的板厚布置、結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計都或許會很大程度地影響到結(jié)構(gòu)的力學性能。為了探究結(jié)構(gòu)中各個參數(shù)對結(jié)構(gòu)抗沖擊性能的影響，文章引入了試驗設(shè)計對設(shè)計輸入?yún)?shù)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)輸出的關(guān)系進行了研究。同時使用智能優(yōu)化算法對結(jié)構(gòu)進行尺寸和形狀兩個層面上的優(yōu)化，得到滿足約束條件的結(jié)構(gòu)最優(yōu)解。文章在優(yōu)化過程中還引入了近似模型的概念，并以該模型來代替計算成本較高的有限元數(shù)值計算過程，很大程度地降低了優(yōu)化設(shè)計方法中多次迭代造成的時間成本。 最后，文章給出了一個實際復(fù)雜問題的實例，對某艦船的三個艙段進行詳細建模，并引入?yún)?shù)化建模技術(shù)，采用PYTHON語言編寫可執(zhí)行腳本，以便在優(yōu)化過程中ABAQUS可以完成自動化建模過程。在優(yōu)化模型中，分別以舷側(cè)結(jié)構(gòu)的形式和板厚作為設(shè)計對象，按照預(yù)期性能設(shè)定目標函數(shù)，進行單目標和多目標的優(yōu)化，得到了可行的優(yōu)化設(shè)計。
【關(guān)鍵詞】：水下爆炸 舷側(cè)結(jié)構(gòu) 抗爆性能 優(yōu)化設(shè)計
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U674.70
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景和研究目標12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 水下爆炸載荷研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 水下爆炸載荷作用下的艦船結(jié)構(gòu)動響應(yīng)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 艦船抗沖擊結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 船舶優(yōu)化設(shè)計需要解決的兩個問題17-18
• 1.3.1 計算成本較高17
• 1.3.2 參數(shù)化建模較困難17-18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容18-20
• 第二章 水下爆炸載荷及計算方法研究20-31
• 2.1 引言20-21
• 2.2 沖擊波及炸藥爆轟基本理論21-25
• 2.2.1 沖擊波理論21-23
• 2.2.2 爆轟波的 CJ 理論23-25
• 2.3 水下爆炸載荷的半理論半經(jīng)驗計算方法25-30
• 2.3.1 沖擊波作用階段26-28
• 2.3.2 氣泡脈動階段28-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 船舶舷側(cè)結(jié)構(gòu)抗爆性能研究31-64
• 3.1 傳統(tǒng)雙殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)水下爆炸載荷下的響應(yīng)31-47
• 3.1.1 有限元模型概述32-34
• 3.1.2 模型響應(yīng)34-47
• 3.2 具有抗沖擊性能的艦船舷側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計47-63
• 3.2.1 水平分叉型結(jié)構(gòu)48-51
• 3.2.2 Y 型結(jié)構(gòu)51-55
• 3.2.3 半圓型結(jié)構(gòu)55-59
• 3.2.4 布置幾種不同形式縱向隔板的舷側(cè)對比59-63
• 3.3 本章小結(jié)63-64
• 第四章 船舶舷側(cè)結(jié)構(gòu)抗爆性能優(yōu)化設(shè)計64-76
• 4.1 優(yōu)化設(shè)計的基本概念64
• 4.2 優(yōu)化算法64-65
• 4.3 優(yōu)化流程65-67
• 4.4 具有抗沖擊性能艦船舷側(cè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計67-75
• 4.4.1 尺寸優(yōu)化68-72
• 4.4.2 形狀優(yōu)化72-75
• 4.5 本章小結(jié)75-76
• 第五章 某艦船舷側(cè)結(jié)構(gòu)在水下爆炸載荷作用下的多目標優(yōu)化76-93
• 5.1 引言76
• 5.2 船舯三艙段有限元模型76-77
• 5.3 優(yōu)化數(shù)學模型77-81
• 5.3.1 優(yōu)化設(shè)計變量78-80
• 5.3.2 約束條件80-81
• 5.3.3 目標函數(shù)81
• 5.3.4 優(yōu)化問題的數(shù)學描述81
• 5.4 優(yōu)化算法與實現(xiàn)途徑81-89
• 5.4.1 遺傳優(yōu)化算法82-83
• 5.4.2 模型響應(yīng)預(yù)報83-89
• 5.5 優(yōu)化結(jié)果與分析89-92
• 5.5.1 板厚優(yōu)化89-91
• 5.5.2 形狀優(yōu)化91
• 5.5.3 綜合優(yōu)化91-92
• 5.5.4 優(yōu)化結(jié)果對比92
• 5.6 本章小結(jié)92-93
• 第六章 結(jié)束語93-95
• 參考文獻95-99
• 致謝99-100
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文100

【參考文獻】

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1 陳永念;艦船水下爆炸數(shù)值仿真及抗爆結(jié)構(gòu)研究[D];上海交通大學;2008年

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