1. 研究目的与意义（文献综述）

随着沿海和临海军事巡逻、海上高速航运、海上能源开发及海上应急突发事件的需求，高性能舰船正朝着大型化、高速化和多样化的方向发展。为了满足舰船结构轻量化、航速快的要求，轻质高强、弯曲刚度大、抗冲击性能好的新型夹层结构在当代舰船领域受到了世界各国的广泛关注。欧洲8国联合开展sandwich项目，旨在研究舰船主要承载结构所需的特种钢-轻质夹层结构；美国海军研究中心长期资助“固体力学研究项目”，重点研究新型复合材料夹层结构在特定服役环境下的力学性能。因此，船舶与海洋工程结构安全与轻量化是当前研究热点问题。另一方面，在恶劣海况中航行的高速舰船,由于前部船底出水和上浪等原因,会在船艏底部、艉部及外飘等区域发生砰击现象，强烈砰击会导致船体结构变形破坏。因此，砰击载荷下夹层结构动态响应及其结构安全性显得尤为重要。

长期以来人们对结构的砰击载荷动力响应问题做了大量的研究工作。早期，ochi和motter ^[1]根据冲量理论，基于实船测量数据，提出了预测船底砰击压力的经验公式，适合于船舶设计初期，砰击压力系数采用艏部1/10设计水线以下的船体型线保角变换成一个圆而得到的系数计算得到。stavovy和chuang ^[2]曾对入水冲击问题作了系统的模型实验研究，包括楔形体、圆锥体撞水实验等，并结合wagner ^[3]的二维楔形体砰击理论、chuang的三维圆锥体砰击理论，拟合得到适用于三维船体的，刚性楔形体的砰击压力系数与斜升角之间关系的砰击压力公式。后来，针对平板、v形楔形体或者典型的船舶剖面等，开展大量的自由落体或者控制速度落体的实验。如khalil等^[4]分析了波浪冲击作用于自由表面附近一个固定的细长水平圆柱体上的力，考虑了波浪的间歇性淹没和撞击作用。zhao等^[5]对斜升角30°的v形楔形体以及典型的船首外飘剖面，进行了落体入水冲击实验，测量了砰击压力以及砰击力，验证了其nbe数值计算结果。engle和lewis^[6]在研究中选择水动力冲击预测方法与现有的二维楔形截面试验数据进行了比较，给出了不同冲击速度下的峰值压力计算结果，并与瓦格纳和庄氏的传统预测理论进行了比较。peseux等^[7]研究了船舶在船首与自由水面碰撞过程中所经历的撞击现象，采用有限元法对三维瓦格纳问题进行了数值求解，对刚性结构和可变形结构进行了数值分析。在数值分析的基础上，进行了初步的实验研究，包括一系列不同压升角和厚度的刚性和可变形锥形试样的自由落体试验。yu等^[8,9]研究了梁和加筋板在小角度极端水击作用下的水塑性响应。qin等^[10]建立并验证了一种可同时计算流体和结构变形的非线性控制方程组的数值求解方法，描述了水弹性对船体变形和非定常撞击载荷的影响。

在国内，张世联等^[11]对板结构在砰击这一瞬态载荷作用下的动力响应进行参数分析；于鹏垚^[12]通过对刚性剖面入水砰击、弹性楔形板架入水砰击、砰击载荷模型试验、波浪中船舶局部砰击载荷和砰击载荷作用下局部结构响应几方面的研究，形成了一套实船局部砰击强度评估的直接计算方法；田喜民等^[13]对船体外板及骨材在瞬态砰击载荷作用下的响应特性进行了研究，通过引入动态载荷因子将瞬态载荷转化为静态载荷，研究结果表明: 当将砰击载荷简化为三角形脉冲载荷形式时，其作用时间接近于结构固有周期时结构动态回应最大，此时在工程设计时应考虑砰击载荷动态效应的影响；彭丹丹等^[14]基于水动力学软件 fine/marine，建立水域-空气域-结构耦合的分析模型，对楔形结构的砰击特性进行数值仿真分析，并研究不同斜升角及不同入水速度对砰击载荷的影响；曹正林等^[15]运用大型有限元程序ansys建立某一高速船密加筋和纵骨架式两种形式的船底板架的有限元模型,计算这两种船底结构板架在砰击载荷作用下的瞬态动力响应特征；张于维等^[16]利用 fluent 软件研究二维楔形体结构的砰击问题，考虑外部大气压重力以及网格影响等因素，建立二维有限元模型，对不同斜升角的楔形体结构以不同的速度进行等速入水的情况进行计算，研究发现，最大砰击压力随着楔形体斜升角的增大而减小，随砰击速度的增大而增大。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容：

本课题从研究蜂窝金属夹芯结构在砰击载荷的作用下的变形问题入手，利用有限元分析软件ansys ls dyna研究不同入水速度下夹层结构的动态响应，得到蜂窝金属夹芯结构的砰击压力时间历程曲线以及结构塑性变形，并与同等质量的船体板结构在砰击载荷下的非线性力学行为进行对比，揭示蜂窝金属夹芯结构优良的力学特性与能量吸收性能。在此基础之上，进行系列数值仿真，研究上下面板厚度、蜂窝芯层厚度等几何参数等对蜂窝金属夹芯结构砰击动力响应的影响规律。

技术方案及措施:

3. 研究计划与安排

第1－2周：分析设计任务书，了解设计要求。查阅相关文献资料，确定方案，完成开题报告。

第3周：阅读文献，完成英语论文翻译。

第4-5周：学习数值仿真软件，掌握基本操作。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]ochi m k, motter l e. prediction of slammingcharacteristics and hull responses for ship design[j].transactions sname,1973,81:144-177.

[2]stavovy a b, chuang s l. analyticaldetermination of slamming pressures for high speed vessels in waves[j]. journalof ship research,1976,20:190-198.

[3]wagner h. uber stoss- undgleitvergange an der oberflache von flussigkeiten[j]. zamm, 1932, 12(4):193-235.