舰船泡沫夹芯结构在近场水下爆炸载荷下的响应特性研究

• 作 者: 王斌俊
• 出 处: 哈尔滨工程大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 泡沫夹芯板 舷侧结构 近场水下爆炸 ALE方法

当今军事技术的迅猛发展和地区冲突的上升使得舰船遭受水下武器威胁的几率激增,对舷侧结构在水下爆炸载荷下的防护能力提出了更为严格的要求。泡沫夹芯结构具有较高的强度、刚度以及优良的抗冲击防护性能,在工程领域和学术研究中得到了较高的关注。现阶段夹芯结构的冲击动力响应研究多数集中于空中爆炸和高速撞击领域,而在水下爆炸中的研究较少。研究手段多数局限于声固耦合法,关于结构和流体的耦合作用考虑得并不充分。本文应用LS-DYNA有限元软件中的ALE方法,采用JWL状态方程直接模拟水下爆炸装药爆轰和冲击波载荷产生过程,并考虑了结构和流体的相互耦合作用,开展了水下爆炸载荷下舷侧泡沫夹芯结构防护性能的研究。首先,展开了泡沫聚乙烯夹芯板在水下爆炸载荷作用下的响应特性研究。泡沫夹芯板具有优良的防护特性,相对于夹芯板前面板,其后面板挠度降低了约25%。泡沫夹芯板结构能量吸收过程呈现出多阶段性,可分为急速抬升、微幅振荡、稳定上升和小幅下降四个阶段。针对真实船体外板布置夹芯板时的边界条件,展开了背空形式夹芯板的响应研究,与背水形式相比,背空夹芯板会使得能量吸收增加,冲击波透射能量减少。其次,展开了结构参数对泡沫夹芯板响应特性及规律的影响研究。以泡沫夹芯结构在变形和能量吸收为结构防护能力的依据,研究了泡沫相对密度、芯层高度、密度梯度和面板厚度比例对结构防护能力影响规律。通过综合各参数的影响规律,得到泡沫夹芯结构在近场水下爆炸载荷下的防护设计参考意见。在此基础上,以夹芯结构谱速度峰值作为结构防护能力的评判标准,展开了不同结构参数影响的分析。最后,研究了泡沫夹芯结构在舷侧水下接触爆炸过程的冲击防护特性。从结构变形、损伤、能量吸收等方面展开了主防护纵壁、膨胀舱壁和外板防护能力分析,发现舷侧泡沫夹芯结构具有更优越的抵抗变形和承受冲击的能力,其中主防护纵壁设置泡沫夹芯板结构在其变形上比同质量的单层板结构降低约14%。