水中沖擊波作用下結(jié)構(gòu)壁面載荷特性分析.pdf

1、船體結(jié)構(gòu)作為艦船生命力的載體，是水下爆炸最直接的沖擊對(duì)象，從根本上決定了艦船的生存能力，因此一直以來(lái)都是艦船防護(hù)的重點(diǎn)對(duì)象。而載荷的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)是其強(qiáng)度評(píng)估的前提，因此對(duì)水中結(jié)構(gòu)受水下爆炸沖擊下的壁面載荷特性的分析對(duì)艦船防護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　然而，人們對(duì)由爆炸產(chǎn)生的載荷機(jī)理問(wèn)題的認(rèn)識(shí)還存在一定的局限性。本文試圖從結(jié)構(gòu)表面的爆炸載荷機(jī)理方面進(jìn)行深入的探討。文中通過(guò)理論和數(shù)值兩種途徑分別對(duì)弱沖擊波和強(qiáng)沖擊波作用下的流固耦合問(wèn)題進(jìn)行

2、了研究，探討流固耦合現(xiàn)象對(duì)緩解結(jié)構(gòu)受沖擊的有利影響，以期為防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供參考，提高結(jié)構(gòu)抗沖擊性能。
　　首先對(duì)沖擊波傳播的基本理論進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，并給出不同形式狀態(tài)方程對(duì)沖擊波壁面反射解形式的影響。
　　其次應(yīng)用Taylor平板理論（背空）及其擴(kuò)展形式（背水）對(duì)水中沖擊波作用下平板結(jié)構(gòu)的壁面壓力、結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)、傳遞沖量及空化發(fā)生時(shí)間等進(jìn)行了對(duì)比分析，同時(shí)給出了計(jì)及結(jié)構(gòu)中應(yīng)力波效應(yīng)的波動(dòng)流固耦合分析方法，驗(yàn)證了其有效性

3、，并將其應(yīng)用于板架結(jié)構(gòu)、有橡膠敷設(shè)層板和有層間水的雙層板結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)由于板架結(jié)構(gòu)的垂向構(gòu)件構(gòu)成了應(yīng)力波向內(nèi)傳播的波導(dǎo)，增大了沖量傳遞；橡膠層極大地削弱了壁面壓力峰值，卻拉長(zhǎng)了壁面壓力脈寬；雙層板的外板起到了“削波”的作用，使得作用在內(nèi)板壓力峰值較外板峰值有所下降。
　　再次對(duì)強(qiáng)沖擊波作用下可壓縮流中不同厚度、不同背側(cè)條件、受不同沖擊波類(lèi)型和強(qiáng)度的平板沖量傳遞及空化發(fā)生時(shí)間展開(kāi)了分析，定義了類(lèi)似Taylor平板理論中的流固耦合參數(shù)，給

4、出了極輕板和極重板理論解和適用于不同沖擊波類(lèi)型的沖量傳遞估算公式。結(jié)果表明沖量傳遞和空化發(fā)生時(shí)間由流固耦合參數(shù)和板背側(cè)條件共同決定，文中給出的沖量傳遞實(shí)用估算公式同數(shù)值解吻合良好，適用于任意板厚、任意沖擊波強(qiáng)度，省去了大量的數(shù)值計(jì)算時(shí)間。
　　最后應(yīng)用提出的波動(dòng)流固耦合分析方法計(jì)算了某型艦實(shí)尺度板架模型的壁壓及沖量傳遞，得知板架傳遞的沖量比等面積平板大得多。此外還對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)中的試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)單層平板速度的數(shù)值計(jì)算結(jié)果較試