一种水下爆炸作用下舰船鞭状运动响应预测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于舰船抗水下爆炸冲击变形技术领域，更具体地，涉及一种水下爆炸作 用下舰船鞭状运动响应预测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 水下爆炸作用下，舰船先受到初始爆炸冲击波的作用而发生变形，随后气泡脉动 及辐射压力对舰船结构产生后续影响，此时应当综合考虑着两种形式的爆炸载荷对舰船结 构变形的影响。特别的，对于舰船这种纵向大尺度结构而言，冲击波在舰船长度方向上的作 用时间较长，其造成的舰船整体运动变形是进一步研宄爆炸气泡作用下舰船运动响应的基 础。而实际上，已有研宄往往忽视水下爆炸冲击波的影响，将初始冲击波作用阶段的舰船看 作静止状态，忽略冲击波引起的结构加速度、速度响应，从物理意义而言，此种简化导致水 下爆炸作用下舰船整体运动变形的理论预报存在不足。
[0003] 水面战斗舰船多为细长型，该结构形式决定了其一阶湿频率多在几个赫兹范围 内，这与常规水中兵器爆炸形成的气泡脉动频率吻合。在中远场爆炸条件下，爆炸气泡与舰 船之间的耦合共振运动更容易被激发出来，舰船将发生鞭状运动响应。此时，虽然舰船基本 处于弹性变形，但总体响应幅值相对明显，对轴系等设备的影响不可忽视。研宄舰船在中远 场水下爆炸作用下的鞭状运动响应模式，对于优化水中兵器设计及舰船结构防护设计均具 有重要意义。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的缺陷和技术需求，本发明提供了一种水下爆炸冲击波和气泡联合 作用下舰船鞭状运动响应预测方法，本发明综合考虑爆炸冲击波、气泡脉动及辐射压力对 舰船结构的冲击作用，符合实际情况下舰船抗水下爆炸冲击时的载荷特点以及响应过程， 能较好地预测舰船鞭状运动情况。
[0005] 为实现上述目的，按照本发明，提供了一种水下爆炸冲击波和气泡联合作用下舰 船鞭状运动响应预测方法，所述方法包括步骤：
[0006] S1、将舰船等效为等截面自由船体梁，由此将对舰船运动响应的预测等效为对自 由船体梁运动响应的预测；
[0007] S2、将水下爆炸作用下自由船体梁载荷压力过程划分为五个时间阶段，采集冲击 波压力峰值Pm、气泡脉动阶段负压峰值Pb、气泡第一次脉动压力峰值Ps;所述五个时间阶 段为：0 < t < tp t < t 2、t2< t < t 3、t3< t < t 4、t4< t < t 5;其中 t i= Θ，Θ 为冲击波衰减常数
【主权项】
1. 一种水下爆炸冲击波和气泡联合作用下舰船鞭状运动响应预测方法，其特征在于， 所述方法包括步骤： 51、 将舰船等效为等截面自由船体梁，由此将对舰船运动响应的预测等效为对自由船 体梁运动响应的预测； 52、 将水下爆炸作用下自由船体梁载荷压力过程划分为五个时间阶段，采集冲击波 压力峰值Pm、气泡脉动阶段负压峰值P b、气泡第一次脉动压力峰值Ps;所述五个时间阶段 为：0 < t < tp t < t 2、t2< t < t 3、t3< t < t 4、t4< t < t 5;其中 t i= Θ，Θ 为 冲击波衰减常数；
Ptl为炸药处静水压力，P atm为大气压，C为水中声速，r ^为装药半径，R为爆距；
，me为装药当量，Pw为水的密度，g 为重力加速度
53、 求解自由船体梁在水下爆炸五个时间阶段内的运动位移w (X，t):
其中，X为自由船体梁任意点处的横坐标值，
>!^=1^-1^，
P1(X)为自由船体梁第一阶固有振形，
其中ζ i为振形幅值，μ i为梁运 动频率参数，1为自由船体梁长度；4、6丨、af、#、〇1ΙΠ 、纪11、α?ν、Zf、O1' < 为五个时间阶段的积分常数，O1为自由梁的一阶振形固有频率；φ 积分常
m为考虑附连水质量的单位梁长度质量，p(X)为自由船 体梁不同时间阶段压力分布特征函数，对于O彡t < ti、ti彡t < t2时间阶段，
;对于第 t2< t < t 3、t3< t < t 4、t4< t < t 5时间阶段，
2. 如权利要求1所述的水下爆炸冲击波和气泡联合作用下舰船鞭状运动响应预测方 法，其特征在于，所述方法还包括步骤： S4、根据舰船在不同时间阶段的运动位移w(x，t)，计算其速度、加速度以及弯矩。
3. -种水下爆炸冲击波和气泡联合作用下舰船鞭状运动响应预测系统，其特征在于， 所述系统包括： 第一模块，用于将舰船等效为等截面自由船体梁，由此将对舰船运动响应的预测等效 为对自由船体梁运动响应的预测； 第二模块，用于将水下爆炸作用下自由船体梁载荷压力过程划分为五个时间阶段，采 集冲击波压力峰值Pm、气泡脉动阶段负压峰值Pb、气泡第一次脉动压力峰值Ps;所述五个时 间阶段为：〇 < t < t < t 2、t < t 3、t < t 4、t < t 5;其中 t i= Θ， Θ为冲击波衰减常数
Ptl为炸药处静水压力，P atm为大气压，C为水中声速，r ^为装药半径，R为爆距；
me为装药当量，Pw为水的密度，g 为重力加速度
第三模块，用于求解自由船体梁在水下爆炸五个时间阶段内的运动位移w (X，t):
其中，X为自由船体梁任意点处的横坐标值
为自由船体梁第一阶固有振形，
其中ζ i为振形幅值，μ i为梁运 动频率参数，1为自由船体梁长度；4、￥、<、#、α?11、W11、〇1 IV、Zf、4、< 为五个时间阶段的积分常数，O1为自由梁的一阶振形固有频率；Φ 积分常
m为考虑附连水质量的单位梁长度质量，p(X)为自由船 体梁不同时间阶段压力分布特征函数，对于〇彡t < h彡t < t2时间阶段，
:对于第 t2< t < t 3、t3< t < t 4、t4< t < t 5时间阶段，
4.如权利要求3所述的水下爆炸冲击波和气泡联合作用下舰船鞭状运动响应预测系 统，其特征在于，所述系统还包括： 第四模块，用于根据舰船在不同时间阶段的运动位移w(x，t)，计算其速度、加速度以及 弯矩。
【专利摘要】本发明公开了一种水下爆炸冲击波和气泡联合作用下舰船鞭状运动响应预测方法及系统，方法包括步骤：S1、将舰船等效为等截面自由船体梁，由此将对舰船运动响应的预测等效为对自由船体梁运动响应的预测；S2、将水下爆炸作用下自由船体梁载荷压力过程划分为五个时间阶段，采集冲击波压力峰值、气泡脉动阶段负压峰值、气泡第一次脉动压力峰值；S3、求解自由船体梁在水下爆炸五个时间阶段内的运动位移。本发明还提供了实现上述方法的系统。本发明综合考虑冲击波和气泡载荷对舰船总体的冲击作用，将水下爆炸载荷压力简化为五个阶段并计算出舰船在不同阶段的运动位移，从而准确简便地实现中远场爆炸作用下舰船弹性运动或鞭状运动响应的工程预报。
【IPC分类】B63G9-00
【公开号】CN104743086
【申请号】CN201510079155
【发明人】李海涛, 刁爱民, 刘巨斌, 翁雪涛, 张振海, 赵存生
【申请人】中国人民解放军海军工程大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年2月14日