冲击载荷下SPS夹层板系统损伤特性研究
水面舰船在战斗中不可避免地会遭受到来自空中和水下武器的攻击。另外,在航行过程中,随着海上交通日趋繁忙,航行密度越来越大,船舶碰撞和搁浅事故时有发生,造成严重损失。将夹层板系统(SPS)引入到舰船的防护结构设计中能够提高结构的刚度,减少结构焊接工作量及焊接变形,提高舰船的生命力,对提高舰船结构的防护性能具有重大的意义。 本文首先研究了SPS在碰撞冲击载荷下的数值仿真模型化技术,然后利用非线性有限元软件ABAQUS对SPS在碰撞冲击载荷下的损伤特性进行研究,并将SPS应用于常规舷侧结构上,比较SPS和常规舷侧结构的耐撞性能;最后数值仿真分析了SPS在水下爆炸冲击载荷下的防护性能,从而全面地评估了SPS在冲击载荷下的损伤特性。本文的主要研究工作及结论如下: (1)首次开展了SPS在碰撞冲击载荷下的数值仿真模型化技术研究,详细探讨了夹芯层和面板的建模方式、夹芯层与面板之间的连接形式以及网格尺寸大小等因素对SPS在碰撞冲击载荷下结构响应计算精度的影响,证实了SPS采用壳体混合模型建模,夹芯层与面板之间采用绑定连接为合理的仿真模型处理方式,由此建立了SPS的数值仿真模型化技术。 (2)根据质量等效原则将船体加筋板架等效成SPS和折叠式夹层板,通过对结构损伤变形模式、碰撞力和结构吸能的对比,分析三种结构的耐撞性能,研究表明:SPS具有最优的耐撞性能,其吸能达到加筋板和折叠式夹层板的1.3倍和1.1倍;开展了不同撞击参数对SPS碰撞性能的影响研究,得到了撞击位置、撞击角度、撞击速度、撞头形状和撞头大小对SPS碰撞性能的影响规律。 (3)开展了SPS自身结构尺寸参数对其碰撞性能的影响研究,获得了结构吸能和比能随着面板厚度、夹芯层高度变化的规律,为SPS防撞结构的优化设计提供技术支撑。 (4)利用SPS设计了新型舷侧结构,以替代常规的船体舷侧结构;在此基础上开展两种舷侧结构的耐撞性能研究,研究表明:新的舷侧防护结构具有更好的抗变形能力和吸能特性,可以显著提高船体结构的碰撞性能。 (5)开展了SPS在水下爆炸冲击载荷下的防护性能研究,通过对比分析水下爆炸冲击载荷下SPS与传统船体加筋板架和折叠式金属夹层板结构损伤变形模式、吸能、运动速度、加速度等因数,得出SPS及折叠式夹层板均具有较优的防护性能。 (6)研究了水下爆炸冲击载荷下冲击因子以及SPS结构参数对其防护性能的影响,得到了防护性能随冲击因子以及结构参数变化的规律,为SPS应用于抗爆防护结构设计中提供基础数据。
夹层板系统;耐撞性能;防护性能;结构参数;冲击载荷;损伤特性
江苏科技大学
硕士
船舶与海洋结构物设计制造
岳亚霖;张延昌
2013
中文
U674.70;TP391.9
102
2014-01-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）