水下爆炸载荷作用下板架结构的波振耦合效应研究

Abstract: Stiffened plate structures are the basic element of vessel structure, which play a very important role in vessel defense.The damage of stiffened plate structure is caused not only by the dynamic plastic, but also by the stress wave, and both mutual coupled.Shock wave of underwater explosion propagate in the stiffened plate structure as stress wave, and stress wave propagation in the stiffened plate structure will change stress distribution of structure, which leads to the change of the vibration characteristics of stiffened platestructure; meanwhile vibration will change balance condition of the surface of structure, which results in change of the propagation of stress wave in structure, and so as to form the effect of wave coupled vibration of stiffened plate structure.The following research is set to reveal the effect of wave coupled vibration of stiffened platestructure in present project: firstly, the input load characteristics of stiffened platestructure subjected to underwater explosion; secondly, the propagation law of stress wave in stiffened platestructure subjected to underwater explosion; thirdly, the effect of wave coupled vibration of stiffened platestructure subjected to underwater explosion; fourthly, the principle and method of fluid impedance test near the surface of structure.

摘要：板架结构是舰船结构的基本组成元素，在舰船防护中起到非常重要的作用。板架结构的毁伤特性不仅仅局限于动塑性破坏，还有应力波破坏，两者相互耦合。水下爆炸冲击波在板架结构中以应力波的形式传播，应力波的传播将改变板架结构中的应力分布，进而改变板架结构的振动特性；结构振动将改变物面平衡条件，进而改变应力波在结构中的传播，从而形成板架结构的波振耦合效应。为此本项目开展如下研究工作：1) 水下爆炸载荷作用下运动物面输入载荷特性研究；2) 水下爆炸载荷作用下透射应力波在板架结构中的传递规律研究；3) 水下爆炸载荷作用下板架结构的波振耦合效应研究；4) 水下爆炸载荷作用下近物面流体阻抗试验测量原理及方法研究。

板架结构是舰船结构的基本组成元素，在舰船防护中起到非常重要的作用。板架结构的毁伤特性不仅仅局限于动塑性破坏，还有应力波破坏，两者相互耦合。水下爆炸冲击波在板架结构中以应力波的形式传播，应力波的传播将改变板架结构中的应力分布，进而改变板架结构的振动特性；结构振动将改变物面平衡条件，进而改变应力波在结构中的传播，从而形成板架结构的波振耦合效应。为此本项目开展如下研究工作：1) 水下爆炸载荷作用下运动物面输入载荷特性研究；2) 水下爆炸载荷作用下透射应力波在板架结构中的传递规律研究；3) 水下爆炸载荷作用下板架结构的波振耦合效应研究；4) 水下爆炸载荷作用下近物面流体阻抗试验测量原理及方法研究。主要的研究方法与成果如下。. 项目组首先在经典刚性壁面平衡条件的基础上（Taylor平板理论），计及阻抗比的影响，研究了运动物面上冲击波与结构中应力波的平衡条件。通过理论推导得到运动物面上的平衡条件与质点运动连续条件，在此基础上建立水下爆炸冲击波载荷作用下运动物面的壁面压力求解理论求解方法，探究了不同阻抗条件下的物面压力特性。此后，基于波动理论，构建了应力波在多层介质传递的理论模型。. 其次，运用上述研究得到的运动物面上的输入载荷对经典的双渐近法（DAA）进行了改进，得到了水下爆炸载荷作用下考虑物面运动的流固耦合计算方法。基于上述理论和数值模拟结果，开展了水下爆炸应力波在多层介质结构中的传递特性试验研究，验证了本项目提出的理论和数值计算方法的正确性，并通过深水加压装置结合测量多层结构物面上的压力以及刚体运动速度的测量方法，由船体板架结构波振耦合推导得到测点处的水的阻抗。. 本项目研究水下爆炸载荷作用下船体板架结构的波振耦合效应，能更准确的反映结构在水下爆炸载荷作用下的响应，为舰船的防护、安全性评估提供理论依据。