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，艦體結(jié)構(gòu)在水下沖擊波及氣泡的作用下會產(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國的關(guān)注焦點。對該問題的現(xiàn)有研究手段中，實驗方法因具有直觀、有可靠數(shù)據(jù)支撐等優(yōu)勢是其它研究手段所無法比擬的。如何在實驗室范圍內(nèi)進(jìn)行艦艇結(jié)構(gòu)的高強度水下沖擊波加載對于增強艦艇結(jié)構(gòu)的抗爆抗沖擊能力具有重要的意義；同時隨著近海領(lǐng)土爭端的頻發(fā)，對近海輕型艦艇的需求日趨強烈，如何在提高艦艇結(jié)構(gòu)抗沖擊性能的同

2、時，對艦艇進(jìn)行輕量化設(shè)計是各國相關(guān)學(xué)者當(dāng)今的一個研究熱點?；谝陨媳尘?，本文通過理論、實驗和數(shù)值仿真相結(jié)合的研究方法對實驗室范圍內(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：
　　對實驗室范圍內(nèi)的非藥式水下爆炸沖擊波加載實驗裝置進(jìn)行了實驗和數(shù)值模擬研究，驗證了其產(chǎn)生水下爆炸沖擊波的可靠性。獲取了對非藥式水下沖擊波加載裝置所產(chǎn)生的水下沖擊波強度及衰減時間常數(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度及衰減時間常數(shù)之間進(jìn)行定量分析的計算公式。
　　得到了低強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)變分布情況的計算公式；進(jìn)而利用拉伸試驗機對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，同時利用高應(yīng)變率加載裝置霍普金森拉桿對該材料在常溫條件下的動態(tài)拉伸力學(xué)性能進(jìn)行了加載

4、試驗，提出了通過修改溫度軟化項修正的Johnson-Cook本構(gòu)模型，并通過水下沖擊波加載實驗及相應(yīng)的數(shù)值仿真結(jié)果對上述材料的本構(gòu)模型進(jìn)行了驗證；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，并分析了靶板的動態(tài)響應(yīng)特點。
　　對能產(chǎn)生高強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驗特性進(jìn)行了研究，得出了其產(chǎn)生的水下沖擊波強度及相應(yīng)衰減時間常數(shù)的加載規(guī)律。進(jìn)而對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)行了實驗研究，得到了各類失效模式的動態(tài)全物理過程，并基于三維數(shù)字散斑技術(shù)（DIC）實現(xiàn)了沖擊波載荷作用下靶板動態(tài)變形的實時測量；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驗工況范圍內(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驗和相應(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驗結(jié)果進(jìn)行對比，獲得了