非藥式水下沖擊波加載技術(shù)及鋁合金結(jié)構(gòu)抗沖擊特性研究.pdf

1、艦艇在受到水下武器的非接觸式攻擊時(shí)，艦體結(jié)構(gòu)在水下沖擊波及氣泡的作用下會(huì)產(chǎn)生致命的破壞損傷，因此如何提高艦艇結(jié)構(gòu)的抗爆抗沖擊能力成為了各海軍強(qiáng)國(guó)的關(guān)注焦點(diǎn)。對(duì)該問題的現(xiàn)有研究手段中，實(shí)驗(yàn)方法因具有直觀、有可靠數(shù)據(jù)支撐等優(yōu)勢(shì)是其它研究手段所無法比擬的。如何在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)進(jìn)行艦艇結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度水下沖擊波加載對(duì)于增強(qiáng)艦艇結(jié)構(gòu)的抗爆抗沖擊能力具有重要的意義；同時(shí)隨著近海領(lǐng)土爭(zhēng)端的頻發(fā)，對(duì)近海輕型艦艇的需求日趨強(qiáng)烈，如何在提高艦艇結(jié)構(gòu)抗沖擊性能的同

2、時(shí)，對(duì)艦艇進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)是各國(guó)相關(guān)學(xué)者當(dāng)今的一個(gè)研究熱點(diǎn)。基于以上背景，本文通過理論、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真相結(jié)合的研究方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)的水下爆炸沖擊波加載技術(shù)及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)在水下沖擊波作用下的變形毀傷特性及吸能抗沖擊性能進(jìn)行了研究，主要進(jìn)行了以下的研究工作：
　　對(duì)實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)的非藥式水下爆炸沖擊波加載實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究，驗(yàn)證了其產(chǎn)生水下爆炸沖擊波的可靠性。獲取了對(duì)非藥式水下沖擊波加載裝置所產(chǎn)生的水下沖擊波強(qiáng)度及衰減時(shí)間常數(shù)

3、的影響因素，并據(jù)此建立了飛片質(zhì)量、活塞質(zhì)量和飛片撞擊速度與水下沖擊波強(qiáng)度及衰減時(shí)間常數(shù)之間進(jìn)行定量分析的計(jì)算公式。
　　得到了低強(qiáng)度水下爆炸沖擊波載荷作用下氣背固支5A06鋁合金圓板的動(dòng)態(tài)變形歷程，總結(jié)出了水下沖擊波作用下固支氣背圓板的全局應(yīng)變分布情況的計(jì)算公式；進(jìn)而利用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)5A06鋁合金材料進(jìn)行了常溫到300℃高溫范圍內(nèi)的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，同時(shí)利用高應(yīng)變率加載裝置霍普金森拉桿對(duì)該材料在常溫條件下的動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能進(jìn)行了加載

4、試驗(yàn)，提出了通過修改溫度軟化項(xiàng)修正的Johnson-Cook本構(gòu)模型，并通過水下沖擊波加載實(shí)驗(yàn)及相應(yīng)的數(shù)值仿真結(jié)果對(duì)上述材料的本構(gòu)模型進(jìn)行了驗(yàn)證；從而得到了非藥式水下沖擊波加載條件下水、靶耦合引起的氣泡產(chǎn)生、潰滅情況，并分析了靶板的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特點(diǎn)。
　　對(duì)能產(chǎn)生高強(qiáng)度水下爆炸沖擊波載荷的柱形非藥式水下爆炸沖擊波加載裝置的實(shí)驗(yàn)特性進(jìn)行了研究，得出了其產(chǎn)生的水下沖擊波強(qiáng)度及相應(yīng)衰減時(shí)間常數(shù)的加載規(guī)律。進(jìn)而對(duì)氣背固支圓板在水下沖擊波作用下

5、的典型破壞損傷模式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了各類失效模式的動(dòng)態(tài)全物理過程，并基于三維數(shù)字散斑技術(shù)（DIC）實(shí)現(xiàn)了沖擊波載荷作用下靶板動(dòng)態(tài)變形的實(shí)時(shí)測(cè)量；并在此基礎(chǔ)上利用數(shù)值仿真技術(shù)，基于解耦算法得到了本實(shí)驗(yàn)工況范圍內(nèi)所用靶板在水下沖擊波作用下所產(chǎn)生的各類失效模式間的轉(zhuǎn)化臨界條件。
　　通過對(duì)具有軟質(zhì)芯層和硬質(zhì)芯層的三種夾層結(jié)構(gòu)板進(jìn)行了水下沖擊波加載實(shí)驗(yàn)和相應(yīng)的數(shù)值仿真研究，進(jìn)而與相同面密度單層板的水下沖擊波加載實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，獲得了