舰载设备抗冲击试验系统建模与仿真

为使冲击试验机的模拟试验更贴近于实际水下爆炸环境，提高舰船及其设备的抗冲击能力，满足最新抗冲击标准的要求，提出了以液压系统为动力源的新型重载双波冲击试验机系统的模型结构，解决了正负波实现过程中的关键性技术，构建了系统的精确动力学模型。为了对系统在不同测试条件下的参数配置和达到的预期性能进行考察，分别针对BV043／85标准提出的三类设备的冲击环境进行了仿真。仿真结果表明，该系统可以产生与最新抗冲击标准BV043／85和MIL—S-901D相吻合的冲击加速度波形，为实际冲击试验机系统的设计建造提供了理论依据。     

水下爆炸条件下不同装药对水面舰船冲击环境的影响试验研究

水下非接触爆炸产生的冲击往往会造成舰船设备的大范围破坏,从而影响舰船的生命力和战斗力。为此,对以船体结构动响应为输入条件的船用设备冲击环境的研究受到了各国海军的重视。其中,研究水下爆炸载荷与舰船冲击环境之间的联系对于舰船设备抗冲击设计以及提高水中兵器作战效能等都具有极其重要的意义。利用某型船的整体缩比模型进行水下非接触爆炸试验,通过自由场水下爆炸载荷和缩比模型冲击环境变化规律对比,得出了冲击环境主要参数与水下爆炸载荷之间的关系,试验结果具有参考价值。     

远场水下爆炸作用下舰船设备冲击响应一体化动力学模型

提出了一种远场水下爆炸作用下舰船设备冲击响应一体化动力学模型。该模型将动态设计分析方法(DDAM)与Taylor平板理论相结合,使得对舰船设备冲击响应分析更为高效。将船体外壳看做平板,将船体各层甲板和设备看做附加在平板上的多个质量,将水下爆炸冲击波看做指数衰减波,形成了一维分析模型。能够根据水下爆炸当量、爆距、舰艇吨位、总尺度、结构和设备质量与支撑刚度等参数预测舰船与设备的冲击响应。预测结果与舰船缩比模型水下爆炸试验结果进行了对比。从总体上看,船体冲击响应谱的趋势和量级一致。     

水下爆炸船舱冲击响应时频特征的小波包分析

设计了带设备双层隔振系统的双层底船舱抗爆结构,进行了水下爆炸冲击试验。应用小波包分析方法,研究了水下爆炸压力和船舱冲击响应的时频分布规律,得到了船舱冲击响应时频特征与冲击环境之间的关系。研究结果表明:水下爆炸压力出现冲击波、滞后流和二次压力波过程,含有丰富的频率成分;冲击波主要作用在1kHz以上的高频段,易造成舰船局部结构的破损;滞后流主要作用在10Hz―1kHz的中频段,是舰船设备隔离系统产生冲击振动的主要来源;二次压力波主要作用在100Hz以下的低频段,会加速设备隔离系统的冲击响应;带设备双层隔振系统的双层底船舱抗爆结构,能有效提高船舶的抗爆性能。     

书名：《舰船冲击理论及应用》

本书系统介绍水下非接触爆炸冲击环境下，舰船及设备冲击响应特性仿真分析理论与实践。全书共分10章，包括绪论、冲击输入的时域和频域表示、冲击响应特性分析、谱跌和动态设计法的主模态理论、多刚体一弹性体的子结构建模方法、抗冲击设计的有限元缩聚建模、GAP单元在非线性建模中的应用、冲击脉冲和冲击谱的数据分析方法、冲击试验机和冲击脉冲的确定、舰船水下爆炸冲击等。     

水下非接触爆炸抗冲击缓冲平台性能研究

为有效测量水下非接触爆炸试验中舰船及设备的抗冲击性能,保护测量设备在冲击环境下能够安全使用,根据设备冲击输入设计和研制了抗冲击缓冲平台,以减小舰船设备在水下非接触爆炸冲击作用下受到的冲击.按照要求的缓冲平台设计载荷和缓冲效率,进行缓冲器刚度的选择和结构设计,利用仿真运算设计工况.经海上实爆冲击试验验证,该缓冲平台能有效...     

基于ARMA模型的水下爆炸冲击谱预测

针对舰船设备抗冲击设计冲击环境预测难的问题,提出了利用自回归滑动平均模型（ARMA模型）预测水下爆炸冲击响应谱的方法,并引入遗传算法优化ARMA模型阶数。理论介绍了舰船设备水下爆炸冲击谱模型及ARMA模型。建模所需样本数据通过对有限元软件仿真输出的冲击响应信号进行去趋势化和平稳化处理获得,根据该样本数据的自相关函数和偏自相关函数统计特性分析,验证了ARMA建模的可行性。在此基础上,利用遗传算法优化后的ARMA模型,对水下爆炸冲击响应信号进行预测,并通过分析预测误差特性评估预测效果。研究结果表明,基于遗传算法优化的ARMA模型可以很好的预测水下爆炸冲击响应信号,从而为舰船设备抗冲击设计提供帮助。     

浮动冲击平台对应实船冲击环境判别分析

由于浮动冲击平台自身结构与实船存在差异,使其在水下爆炸过程中提供给设备的冲击环境较难与实船建立对应关系。为使浮动冲击平台不同工况所得设备抗冲击能力能反应不同排水量舰船及舰船不同位置的设备抗冲击性能,对4艘不同排水量舰船在水中爆炸冲击波作用下垂向滤波效应进行研究;对不同工况下浮动冲击平台与设备连接处的冲击谱参数用Fisher方法与舰船内外底谱参数判别分析,并通过数值仿真验证判别结果的合理性。结果表明,排水量较大船体滤波效应较明显,无上层建筑一甲板较船体内部二、三甲板冲击环境恶劣。通过多元统计分析判别方法建立的实船与浮动冲击平台考核设备冲击环境对应关系,对舰船设备考核具有一定指导意义。     

水下爆炸冲击因子异化特征研究

针对水下非接触爆炸缩比模型试验相似规律问题，基于相似理论，在满足单值条件的前提下，讨论了单值物理量对水下爆炸冲击因子的影响。舰船结构毁伤模式局限在塑性大变形范围内时，从单值量相似的角度出发推导了水下非接触爆炸冲击波平面波效应条件下的一种新型冲击因子。以某型舰船的典型平板、加筋板架和船舯舱段结构为研究对象，采用数值模拟与试验相结合的方法，在不同缩尺比条件下，从目标结构的变形挠度、变形速度和应力变化三个方面评估新型冲击因子的有效性。结果表明，新型冲击因子较传统冲击因子在模型试验向原型转化精度方面有较大提升。     

舰载电子设备抗冲击设计概要

舰载电子设备是舰船信息化建设的基础,在实际工作环境中,不可避免地会受到水下爆炸冲击作用,如果结构设计不当,将使其受到损害以至失效。从舰船冲击环境和电子设备的抗冲击要求出发,概要性地提出舰载电子设备抗冲击设计的基本原则,指出在电子机柜设计、冲击下工程材料的动态特性及采用隔振器进行抗冲击防护设计三方面的要点,并对采用冲击试验机对舰载电子设备抗冲击能力进行考核时冲击试验机的选择和相关冲击标准进行介绍。     

舰艇水下爆炸冲击信号拟合及应用

舰载设备在进行抗水下爆炸冲击设计时首先需要确定基础冲击时域信号作为输入载荷。相关标准规范给出的设计冲击谱不能反映实船水下爆炸冲击信号的动态特性。而实船试验测试数据又不具备标准性。为获取舰载设备仿真校核评估的冲击输入载荷,提出一种舰艇水下爆炸冲击信号拟合方法。根据标准设计冲击谱,通过傅里叶变换对实测信号进行修正。采用这种方法得到的冲击信号同时包含了设备安装部位的冲击特性和标准设计谱的冲击量值,能够更准确地反映舰载设备在特定安装部位处的标准冲击环境。     

含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟

含铝炸药能改善能量的输出结构,增强爆轰产物的做功能力,将其应用于水下爆炸,能显著提高水中兵器的爆炸威力和毁伤能力。基于电测法采用PVDF压力传感器开展含铝炸药RL-F和TNT近场水下爆炸冲击波实验,并采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法对其进行模拟;通过将仿真结果与实验值及经验值对比,结果表明采用合理的边界条件、计算参数和有限元模型,CEL方法能准确地模拟含铝炸药和TNT近场水下爆炸冲击波的传播过程;含铝炸药近场水下爆炸冲击波压力衰减速率相对于TNT较缓慢。在验证数值模型合理性的基础上,将数值结果拟合得到TNT近场水下爆炸冲击波峰值压力在6倍装药半径内以及含铝炸药峰值压力在一定比例距离范围内的近似回归公式。     

Smoothed particle hydrodynamics for numerical simulation of underwater explosion

 Underwater explosion arising from high explosive detonation consists of a complicated sequence of energetic processes. It is generally very difficult to simulate underwater explosion phenomena by using traditional grid-based numerical methods due to the inherent features such as large deformations, large inhomogeneities, moving interface and so on. In this paper, a meshless, Lagrangian particle method, smoothed particle hydrodynamics (SPH) is applied to simulate underwater explosion problems. As a free Lagrangian method, SPH can track the moving interface between the gas produced by the explosion and the surrounding water effectively. The meshless nature of SPH overcomes the difficulty resulted from large deformations. Some modifications are made in the SPH code to suit the needs of underwater explosion simulation in evolving the smoothing length, treating solid boundary and material interface. The work is mainly focused on the detonation of the high explosive, the interaction of the explosive gas with the surrounding water, and the propagation of the underwater shock. Comparisons of the numerical results for three examples with those from other sources are quite good. Major features of underwater explosion such as the magnitude and location of the underwater explosion shock can be well captured. Received: 2 April 2002 / Accepted: 20 September 2002     

敷设不同覆盖层圆板结构水下抗爆响应特性

在舰船壳体湿表面敷设柔性覆盖层是一种能有效提高其抗冲击性能的方法。多孔蜂窝覆盖层受爆炸冲击波载荷作用后胞元孔壁易于压溃,有效地分散冲击波能量,大幅度减少响应前期阶段的入射冲量,屈曲变形会吸收大量能量。水下爆炸试对于揭示模型的抗冲击机理起着重要的作用。总结对敷设不同覆盖层-圆板结构的水下爆炸响应特性的试验研究。考察有无柔性覆盖层对结构响应的影响,同时解释水下冲击波、气泡对柔性覆盖层的作用过程及覆盖层的抗冲机理。     

浅水爆炸下高桩钢管柱表面作用荷载实验研究

通过不同炸药量、不同爆炸距离、不同起爆深度的水中爆炸模型实验,研究了浅水爆炸条件下高桩钢管柱表面压力特征和空间分布规律,分析了比例爆距对冲击波峰值及空间分布影响,给出了钢管柱表面冲击波反射系数、绕射系数和抗爆设计中实际作用冲击波的工程算法。研究结果表明:水中爆炸作用下,反射和绕射冲击波近似同时作用在钢管柱表面,峰值沿柱身高度方向非均匀分;冲击波受水面影响程度相对较小,二次气泡脉动受水面影响程度较大;反射和绕射冲击波峰值均随炸药量增加、作用距离减小而增加。比例爆距相同,反射冲击波峰值相同,但炸药量小、爆炸距离近的实验工况绕射冲击波峰值相对较小;钢管柱表面冲击波反射系数和绕射系数随比例爆距增加而减小。比例爆距≥1.71时,钢管柱实际作用冲击波峰值可近似按自由场冲击波峰值的1.37倍计算。