水下爆炸下水面船冲击环境特性研究

发布时间：2020-11-04 21:51

　　 舰载设备是舰船在现代战争中不可或缺的重要功能部分,在水下爆炸下会产生复杂的冲击动响应。为保证正常使用,在设计之初就需要确保设备满足相应的抗冲击要求。而冲击环境可以为设备的抗冲击设计、考核等提供依据,所以舰船冲击环境特性研究是提升舰船设备抗冲击标准水平、提高舰船整体抗爆抗冲击能力的基础。鉴于我国目前舰船抗冲击标准主要来自于国外,制订标准的技术基础和准则不甚清楚,因此对于舰船的实际抗冲击能力并不清楚。通过研究不同船型、不同质量和安装频率设备在水下爆炸条件下的冲击环境特征,寻找并验证水下爆炸载荷与冲击环境之间的关系,具有重要的理论和实际意义。本文以二阶双重渐进近似方法(DAA_2方法)为基础,用振子模拟设备的安装,将计算得到的冲击响应转化成冲击环境,分别从安装区域、船型、设备质量及频率特征等角度出发,分析冲击环境在这些因素影响下的分布和变化规律,具体研究方法和内容如下:(1)以实船试验为基准,开展了DAA方法中的主要阻尼参数对计算结果的影响研究,得到了合理的阻尼参数组合,使计算的典型安装位置处冲击动响应结果与试验相吻合,明确了相关参数对计算结果的影响,为下一步工作做好铺垫。(2)开展了水下爆炸下水面船冲击环境特征研究,针对不同的冲击环境影响因素开展多种工况的计算,将获得的数据进行分析、总结,发掘不同参数之间的耦合效应,进行安装位置、船型大小、设备质量单独作用及耦合作用下冲击环境的计算,得到了冲击环境在众多影响因素下的规律。(3)将冲击谱和机械阻抗理论相结合,根据阻尼在稳态振动和冲击谱中共振频率处响应放大效应方面的不同影响,提出了“冲击阻抗”的定义,并对不同设备和基座的“冲击阻抗”进行了计算,得到了全船模型的“冲击阻抗”特性,解释了冲击环境在复杂输入状态下的特征;以“冲击阻抗”分析了不同质量设备引起的冲击环境折减规律,对比国内外冲击计算标准和规范,指出了标准中折减方法的局限性。本文的工作探明了水下爆炸下水面船冲击环境的特性,提出的“冲击阻抗”可用于描述冲击环境特征和设备质量引起的冲击响应折减,为舰船设备抗冲击设计提供了技术支撑。
【学位单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U674.7
【部分图文】：

中国舰船研究院硕士学位论文于水中声速，冲击波快速地呈向外传播，压力呈指数衰减，当冲击波压力衰减的时候，其速度衰减到声速继续向前传播。气体物质产生的气泡在爆轰完成后力比周围流体的压力大很多，气泡不断膨胀。当气泡膨胀到内部压力等于外部，气泡膨胀速度达到峰值。接着，由于外部流体向外扩散的惯性，使得气泡继续内部的压力小于外部流场的压力，压力波开始出现负值，直到流体向外扩撒的毕，此时气泡体积达到最大值，气泡内部压力最低。这时，由于周围流体的势，在其压缩下，气泡开始收缩，内部压力又开始变大。当气泡内的压力再次等的静压力时，气泡收缩速度达到最大值。然后，周围流体在惯性作用下继续压气泡内压力升高到最大值，既气泡脉动压力的峰值。如果气泡未破碎，再膨胀再反复，形成气泡的脉动压力。同时气泡在水中浮力作用下，在脉动的过程中向直至达到自由面破裂，如图 1.1 所示。

图 1.2 水下爆炸现象[16]下爆炸所产生的能量主要由冲击波和气泡脉动所携带。一次水下爆炸发生后占有 53%的能量，而气泡占有 47%。在传播过程中，冲击波损失约 20%的能成结构物的损伤；而气泡第一次膨胀、收缩过程损失约 13%的能量，有 17%泡被压到最小时散失，剩下的用于产生第二次的压力波。冲击波最初以超音距的增加冲击波压力逐渐减小，其传播速度逐渐下降到了水中声速（汪俊前，冲击波能量和冲量的计算还基本使用 Cole（1960）[14]的经验公式，有的式系数虽有所不同，但相差不大。不过，气泡脉动载荷的作用，不同学者得却不尽相同（Miller，1994）[18]。张效慈（1997）[15]和李玉节等（2001）[13]考和自由面效应，将 Cole 的经典水下爆炸气泡理论进行了的相应的扩展。 冲击环境及冲击谱

图 1.3 冲击谱计算模型示意图i 振子绝对位移为 ( )iy t ，相对位移为 ( )ix t 程为：2( ) [ ( ) ( )] 0iy t y t z t (1.9)，得到相对运动方程：2( ) ( ) ( )i i ix t x t z t条件为 x 0 x 0 0，则式(1.10)可解得 01sinti iix t z t d 即为圆频率i 的振子的位移谱值
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本文编号：2870654