發(fā)布時(shí)間：2020-12-12 10:02

　　隨著水下制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展,艦船受到水下武器近場(chǎng)甚至接觸爆炸作用的幾率越來(lái)越高,這種近場(chǎng)水下爆炸產(chǎn)生的高壓沖擊波、氣泡脈動(dòng)和射流以及高速破片均會(huì)對(duì)艦船結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的毀傷。該物理過(guò)程涉及到氣液固等多種介質(zhì)的強(qiáng)非線性耦合作用,同時(shí)還伴隨著結(jié)構(gòu)的彈塑性損傷與動(dòng)態(tài)斷裂。針對(duì)傳統(tǒng)有網(wǎng)格方法在該問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算中所面臨的挑戰(zhàn),本文依據(jù)無(wú)網(wǎng)格SPH方法以及改進(jìn)的重構(gòu)核粒子法（Reproducing Kernel Particle Method,RKPM）,建立了流固耦合沖擊作用下的結(jié)構(gòu)毀傷計(jì)算模型,完全自主開(kāi)發(fā)計(jì)算程序,旨在實(shí)現(xiàn)水下近場(chǎng)爆炸作用下結(jié)構(gòu)毀傷的預(yù)報(bào),為艦船抗水下爆炸防護(hù)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)性技術(shù)支撐。本文首先闡述了 SPH流體載荷計(jì)算模型,并針對(duì)SPH方法中的邊界實(shí)施的新型數(shù)值技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)論述,在此基礎(chǔ)上通過(guò)一系列數(shù)值算例對(duì)SPH流體計(jì)算模型的正確性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。核函數(shù)精度不足是SPH方法的一大缺陷,針對(duì)該問(wèn)題,基于重構(gòu)條件對(duì)傳統(tǒng)SPH核函數(shù)進(jìn)行修正,得到了二維的重構(gòu)核函數(shù)。并依據(jù)Mindin-Reissner殼理論,建立了三維殼結(jié)構(gòu)的退化實(shí)體表述。采用重構(gòu)核函數(shù)對(duì)殼體運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行離散,在此基礎(chǔ)... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：195 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２水下爆炸氣泡和平板的相互作用（圖片來(lái)??互聯(lián)網(wǎng)）

格畸變的問(wèn)題，同時(shí)又要能簡(jiǎn)潔地處理多相界面。無(wú)網(wǎng)格ＳＰＨ方法基于拉格朗日表??述，其物理場(chǎng)離散不依賴于網(wǎng)格非常適合處理大變形問(wèn)題，同時(shí)能自動(dòng)追蹤多相界面如??圖１．３和１．４的對(duì)比所示，這些特點(diǎn)使ＳＰＨ方法在水下爆炸領(lǐng)域極具優(yōu)勢(shì)。ＳＰＨ方法最早??由Ｇｉｎｇｏｌｄ和Ｍｏｎａｇｈａｎ１１３１以及Ｌｕｃｙ１１４１提出并應(yīng)用于天體物理問(wèn)題的數(shù)值模擬當(dāng)中。此??后Ｍｏｎａｇｈａｎ對(duì)ＳＰＨ方法進(jìn)行更深入的研宄和拓展，現(xiàn)在ＳＰＨ方法已被廣泛應(yīng)用于自??由表面流｜１５＿１６１、水下爆炸１１７＿１８１以及沖擊碰撞１１９１等多種問(wèn)題的求解當(dāng)中。??ｔｓ〇８?ｔａＯ．１８?ｌｓ〇－２Ｓ??ｍｍｍ『轉(zhuǎn)??ｌｓ０．４￥?ＩｓＯ．ｆｉＳ?ｔａ０．８？??喊?????鑾ｆ?－?３．８?ｔ?－?１．８?ｔ?－?２１??圖１．３?ＳＰＨ計(jì)算的簡(jiǎn)化封閉式油水分離器中的泡圖１．４?Ｌｅｖｅｌ－ｓｅｔ計(jì)算得到的上浮氣泡與自由表??狀流（圖片來(lái)自文獻(xiàn)１２Ｇ１）?面相互作用（圖片來(lái)自文獻(xiàn)１２１１）??Ｆｉｇ?１．３?Ｂｕｂｂｌｙ?ｆｌｏｗ?ｉｎ?ａ?ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｃｌｏｓｅｄ?ｏｉｌ－ｗａｔｅｒ?Ｆｉｇ?１．４?Ｂｕｂｂｌｅ?ａｎｄ?ｆｒｅｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ??ｓｅｐａｒａｔｏｒ?ｂｙ?ＳＰＨ?（Ｆｒｏｍ?Ｇｒｅｎｉｅｒ?ｅｔ?ａｌ．ｆ２０１）?ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?ｂｙ?Ｌｅｖｅｌ－ｓｅｔ?（Ｆｒｏｍ?Ｙａｎｇ?＆?Ｓｔｅｒｎ［２１�。�??當(dāng)然ＳＰＨ方法也存在一些缺點(diǎn)，其中最主要的是ＳＰＨ核函數(shù)不滿足歸一性，導(dǎo)致??其計(jì)算精度較低

Ｆｉｇ?１．５?Ｄａｍａｇｅ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｓｈｉｐ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｂｙ?ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ?ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ?（Ｆｒｏｍ?Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）??在近場(chǎng)水下爆炸載荷作用下，艦船結(jié)構(gòu)通常會(huì)發(fā)生較大的塑性變形甚至損傷斷裂，??如圖１．５所示，（ａ）中船體結(jié)構(gòu)在爆炸載荷作用下產(chǎn)生了塑性凹陷；（ｂ）中船體被水雷攻擊??后外板斷裂產(chǎn)生了較大破口；（ｃ）中軍艦受魚(yú)雷攻擊后從船舯折斷沉沒(méi)。近年來(lái)在工程應(yīng)??用各個(gè)領(lǐng)域例如船舶制造、航空航天以及汽車等等，由于不斷尋求結(jié)構(gòu)的重量減輕以及??優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)延性材料屈服斷裂進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)變得越來(lái)越重要，例如對(duì)圖１．５（ｂ）（ｃ）中船??體斷裂后的破口大小準(zhǔn)確預(yù)測(cè)對(duì)艦船結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計(jì)以及損管極為重要。隨著數(shù)值技術(shù)的??發(fā)展，其己經(jīng)具備了對(duì)材料應(yīng)力狀態(tài)、損傷模式、裂紋擴(kuò)展路徑和相應(yīng)的承載能力進(jìn)行??預(yù)測(cè)的能力，同時(shí)對(duì)于一些非常復(fù)雜的情況（例如水下爆炸結(jié)構(gòu)毀傷、飛機(jī)機(jī)身及核容??器的裂紋等），數(shù)值模擬的應(yīng)用大大節(jié)省了研究成本。從圖１．５中可看出，水下爆炸載荷??對(duì)結(jié)構(gòu)的毀傷就是船體產(chǎn)生塑性變形并進(jìn)一步發(fā)生損傷并斷裂的過(guò)程，殼體彈塑性損傷??模型以及裂紋拓展模型的建立對(duì)于數(shù)值模擬的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。??殼結(jié)構(gòu)的數(shù)值計(jì)算模型的建立主要有兩種途徑，一種是直接采用三維連續(xù)體％５８］途??徑

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]沖擊波和高速破片聯(lián)合作用下夾芯復(fù)合艙壁結(jié)構(gòu)的毀傷特性[J]. 侯海量,張成亮,李茂,胡年明,朱錫.  爆炸與沖擊. 2015(01)
[2]船用907A鋼的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和本構(gòu)關(guān)系[J]. 李營(yíng),汪玉,吳衛(wèi)國(guó),杜志鵬,李曉彬,張瑋.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(01)
[3]大型水面艦艇防雷艙結(jié)構(gòu)防護(hù)機(jī)理數(shù)值仿真[J]. 唐廷,朱錫,侯海量,陳長(zhǎng)海.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2012(02)
[4]基于罰函數(shù)SPH新方法的水模擬充型過(guò)程的數(shù)值分析[J]. 強(qiáng)洪夫,韓亞偉,王坤鵬,高巍然.  工程力學(xué). 2011(01)
[5]水面艦艇舷側(cè)防雷艙結(jié)構(gòu)模型抗爆試驗(yàn)研究[J]. 朱錫,張振華,劉潤(rùn)泉,朱云翔.  爆炸與沖擊. 2004(02)

博士論文
[1]水下近場(chǎng)爆炸對(duì)艦船結(jié)構(gòu)瞬態(tài)流固耦合毀傷特性研究[D]. 明付仁.哈爾濱工程大學(xué) 2014



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