【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及毁伤和防护，具体涉及一种典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的理论计算方法。
技术介绍
1、当爆炸发生在有限空间时，初始冲击波不能自由传播，其接触到结构壁面会发生反射，反射后的冲击波同样会接触到下一个壁面再次发生反射，因此在舱室内部发生着复杂的冲击波反射和汇聚现象，导致作用在结构壁面的冲量或能量更大，引起的结构变形或破坏相比于舱外自由场爆炸条件下更为严重。
2、加筋板是船体结构中最常见的单元。除由普通加强筋与厚板组成的软骨架加筋板外，船体结构中还存在板的厚度较小、加强筋的刚度较大的强骨架加筋板结构。在均匀的面载荷作用下，板相比于加强筋更容易发生变形，此时加强筋可为板提供一定的支撑，即强骨架将板分成若干个板格结构，舱内爆炸载荷下，加筋板除发生整体的挠曲变形外，还会出现局部的板格变形，因此会形成类似“m”型的挠曲变形模式，如图1所示。开展该典型爆炸载荷下强骨架加筋板的挠曲变形分析，首先可以准确评价特定舱内爆炸载荷下结构的变形程度，其次可以为强骨架加筋板出现破口或边界撕裂时爆炸载荷的评估提供基础，这在毁伤及防护领域均具有重要意义。
3、目前针对舱内爆炸下强骨架加筋板的挠曲变形评估主要采用舱内爆炸实验或者数值仿真方法。舱内爆炸实验需要消耗巨大的人力和物力资源；数值仿真方法则需耗费大量的计算资源和时间，这给设计初期和评估阶段带来较大的时间和资源成本，因此急需提出一种典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，在满足一定精度的条件下为结构的变形与破坏提供一种快速评估手段。
技
1、本专利技术要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，它是一种基于能量守恒原理的理论计算方法，能较好地预测舱内爆炸下强骨架加筋板发生“m”型变形时的挠曲变形特征。
2、本专利技术为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
3、一种典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，包括以下步骤：
4、步骤1，根据舱内爆炸工况和强骨架加筋板的具体情况，确定炸药参数，爆炸舱尺寸，强骨架加筋板的几何尺寸以及材料参数；
5、步骤2，确定舱内爆炸下强骨架加筋板挠曲变形的位移场函数；强骨架加筋板的挠曲变形理解为加筋板的整体挠曲变形与局部板格的局部挠曲变形叠加；
6、步骤3，根据药量与爆炸舱尺寸，确定舱内爆炸下的准静态气压载荷；
7、步骤4，根据强骨架加筋板的变形特征，计算结构的塑性变形能；结构的塑性变形能分为加筋板发生整体挠曲变形时结构变形能u1和各局部板格发生局部挠曲变形时结构变形能之和u2；
8、步骤5，确定局部板格的局部变形挠度幅值w1与加筋板整体变形挠度幅值w0的比例w1/w0；
9、步骤6，根据准静态气压载荷和强骨架加筋板挠曲变形确定舱内爆炸下作用于结构的外力功；
10、步骤7，基于能量守恒原理确定舱内爆炸下强骨架加筋板的挠曲变形幅值：根据能量守恒原理，即准静态气压载荷作用于强骨架加筋板的外力功等于结构的塑性变形能，建立关于强骨架加筋板挠曲变形幅值的平衡方程式，并将上述w1/w0关系式带入，即可求解强骨架加筋板整体变形挠度幅值w0和局部板格的局部变形挠度幅值w1。
11、上述方案中，步骤1中所述的炸药参数包括炸药的质量w1和爆热q1；爆炸舱尺寸包括爆炸舱的长l，宽b，高h；强骨架加筋板的几何尺寸包括面板的长a，宽b，厚度h，加强筋的数量n，加强筋跨距l，加强筋厚度t，加强筋高度t，材料参数包括面板的屈服强度σs和加强筋的屈服强度σt。
12、上述方案中，步骤2中舱内爆炸下强骨架加筋板的“m”型变形模式可以理解为加筋板的整体挠曲变形与局部板格的挠曲变形叠加，其中整体挠曲变形与局部板格挠曲变形均是面载荷作用下形成的具有双曲正弦特征的变形模式，整体变形和局部变形的变形位移场函数均采用半波长的双曲正弦函数，由于在边界处有塑性铰形成，半波长的双曲正弦函数更符合实际，因此加筋板整体变形位移场函数的表达式为：
13、
14、式中，x，y分别为加筋板横向和纵向坐标(具体见图4)，a，b分别为面板的长度和宽度，单位为m，w0为加筋板整体变形挠度幅值，单位为m。
15、局部板格的变形位移场函数的表达式为：
16、
17、式中，a1，b1分别为局部板格的长度和宽度，单位为m，x'，y'分别为局部板格的横向和纵向坐标，w1为局部板格的局部变形挠度幅值，单位为m。
18、上述方案中，步骤3中所述的准静态气压载荷公式采用劳氏军规中对于舱内爆炸下准静态气压载荷的定义，其表达式为：
19、pqs＝2.25(we/v)0.72×103
20、式中：pqs为准静态气压载荷，单位为kn/m2，we为炸药的等效当量，单位为kg，v为舱室体积，单位为m3。
21、其中炸药的等效当量we为：
22、we＝w1×q1/q0
23、式中：w1和q1分别为炸药的质量与爆热，q0为tnt的爆热，取4.52×106j/kg，当炸药类型为tnt炸药时，则we即为w1。
24、上述方案中，步骤4中所述的强骨架加筋板的塑性变形能可以分为加筋板发生整体挠曲变形时结构变形能u1和各局部板格发生局部挠曲变形时结构变形能之和u2。
25、其中加筋板整体的挠曲变形能u1包括面板的弯曲变形能u1b、面板的中面应变能u1m和面板边界塑性铰的变形能u1p以及加强筋的弯曲变形能u1s：
26、u1＝u1b+u1m+u1p+u1s
27、其中加筋板面板的弯曲变形能u1b，为：
28、u1b＝∫∫∫(σxxdεxx+τxydγxy+τyxdγyx+σyydεyy)
29、式中：σxx为面板x方向主应力，εxx为x方向主应变；τxy为yz平面沿y方向的剪应力，γxy为yz平面沿y方向的剪应变，τyx为xz平面沿x方向的剪应力，γyx为xz平面沿x方向的剪应变，σyy为面板y方向主应力，εyy为y方向主应变。x方向表示面板长度方向，y方向表示面板宽度方向，z方向表示面板厚度方向。
30、根据弯曲变形假定可知结构应变分别为:
31、
32、式中：z表示面板厚度方向坐标。
33、根据材料刚塑性假定，材料屈服时单元应力为:
34、σxx＝σs,σyy＝σs
35、其中σs为加筋板面板材料的屈服强度，根据von-mises屈服准则，剪应力为：
36、
37、因此加筋板面板的弯曲变形能u1b为：
38、
39、将加筋板整体变形位移场函数带入求得加筋板面板的弯曲变形能为：
40、
41、其中加筋板面板的中面应变能u1m的表达式为：
42、u1m＝∫∫∫(nxεx+nyεy本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，步骤1中所述的炸药参数包括炸药的质量W1和爆热Q1；爆炸舱尺寸包括爆炸舱的长L，宽B，高H；强骨架加筋板的几何尺寸包括面板的长a，宽b，厚度h，加强筋的数量n，加强筋跨距l，加强筋厚度t，加强筋高度T，材料参数包括面板的屈服强度σs和加强筋的屈服强度σt。
3.根据权利要求1所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，步骤2中，加筋板的整体挠曲变形采用半波长的双曲正弦函数，表达式为：
4.根据权利要求1所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，步骤3中所述的准静态气压载荷公式采用劳氏军规中对于舱内爆炸下准静态气压载荷的定义，其表达式为：
5.根据权利要求1所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，步骤4中，加筋板发生整体挠曲变形时结构变形能U1包括面板的弯曲变形能U1b、面板的中面应变能U1m和面板边界塑性铰
6.根据权利要求5所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，面板的弯曲变形能U1b为：
7.根据权利要求5所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，加强筋的弯曲变形能U1s由各加强筋的弯曲变形能组成：
8.根据权利要求6所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，步骤4中，各局部板格发生局部挠曲变形时结构变形能之和U2为各局部板格的弯曲变形能U2b、中面应变能U2m和边界塑性铰的变形能U2p之和，局部板格的各能量对应的公式与上述计算加筋板发生整体挠曲变形时面板的各能量公式相同；则全部局部板格的局部挠曲变形能U2为：
9.根据权利要求1所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，步骤5中，强骨架加筋板的局部板格变形挠度幅值与整体变形挠度幅值比例为w1/w0，其中w1为局部板格在准静态气压载荷Pqs作用下产生的局部变形挠度幅值，w0为加筋板在相同准静态气压载荷Pqs作用下产生的加筋板整体变形挠度幅值；为获得两者的比例关系，计算两者的等效均匀平板在相同准静态气压载荷Pqs作用下的变形挠度，具体包括以下步骤：
10.根据权利要求1所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，步骤6中，准静态气压载荷Pqs假定以面载荷的形式作用于整个加筋板，其中外力功W的表达式为：
...【技术特征摘要】
1.一种典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，步骤1中所述的炸药参数包括炸药的质量w1和爆热q1；爆炸舱尺寸包括爆炸舱的长l，宽b，高h；强骨架加筋板的几何尺寸包括面板的长a，宽b，厚度h，加强筋的数量n，加强筋跨距l，加强筋厚度t，加强筋高度t，材料参数包括面板的屈服强度σs和加强筋的屈服强度σt。
3.根据权利要求1所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，步骤2中，加筋板的整体挠曲变形采用半波长的双曲正弦函数，表达式为：
4.根据权利要求1所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，步骤3中所述的准静态气压载荷公式采用劳氏军规中对于舱内爆炸下准静态气压载荷的定义，其表达式为：
5.根据权利要求1所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，步骤4中，加筋板发生整体挠曲变形时结构变形能u1包括面板的弯曲变形能u1b、面板的中面应变能u1m和面板边界塑性铰的变形能u1p以及加强筋的弯曲变形能u1s：
6.根据权利要求5所述的典型爆炸载荷下强骨架加筋板挠曲变形的计算方法，其特征在于，面板...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，李振，张涛，王淅娜，曲妍诺，王凯，马长李，王薪，冷志成，毛柳伟，吕仲，
申请(专利权)人：中国人民解放军九二五七八部队，
类型：发明
国别省市：
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