冲击谱在舰载设备抗冲击设计中的应用

介绍了冲击谱的计算原理和方法,设计了一个小型浮动冲击平台水下实爆试验,测量了舰载设备在水下爆炸冲击载荷作用下的冲击响应并计算了冲击谱,测量及分析结果表明:浮动冲击平台试验是舰船设备抗冲击性能考核的有效方法,设备安装频率是设备抗冲击性能的关键,冲击谱可以为舰船设备防护措施的改进提供依据。     

某浮动冲击平台外载荷与冲击环境分析

为了进行舰载设备在接近实战条件下的抗冲击考核,设计并建造了浮动冲击平台。为摸清浮动冲击平台在一定外载荷下的冲击环境,进行了三次水下爆炸试验,采用1 kg RDX 装药在距离平台不同距离处爆炸,分别对平台外载荷和冲击环境进行了测量;外载荷测量结果表明：装药在水下5 m 爆炸时产生明显的气泡脉动载荷和空化效应,加强了对平台本体的冲击作用;冲击环境测量结果表明：冲击响应从迎爆面到背爆面有逐渐减小的趋势,迎爆面冲击谱速度达到5．3 m／s,位移11 cm;冲击环境满足Ⅲ类区域冲击环境要求。     

动态设计分析方法的舰船甲板设备垂向冲击环境分析

应用动态设计分析方法(DDAM),考核了水面舰艇四联装反舰导弹发射装置垂向抗冲击性能。建立了水面舰艇水下非接触爆炸物理模型,计算不同工况下水面舰艇甲板设备垂向响应及反应谱。应用板理论建立舰船甲板一阶等效动力模型。结合甲板设备反应谱与舰船甲板等效动力模型,采用联邦德国军舰建造规范BV 043/85规定的正负三角波作为加载波形,计算得到不同安装质量甲板设备的冲击反应谱设计谱值。结果表明,DDAM规定的舰船设备冲击环境与1 000 kg TNT当量装药,水下距舰船60~100 m远爆炸产生的冲击环境相当。同时,依据我国舰艇自身的特点,设计了不同工况下,不同安装质量设备的舰船甲板设备垂向设计谱值。得到的设计谱规律正确,数值合理。     

舰用设备新型双波冲击试验系统及其动力学问题

为满足舰用设备抗冲击性能试验考核要求,提出一种气-液耦合直驱式第三代双波冲击试验系统方案和正、负波冲击的实现结构。建立了系统正、负波冲击过程的非线性动力学模型,对系统总体性能进行了仿真分析。结果表明,该系统在重载(被试设备及冲击台计10 t)、高速(5 m/s)的情况下,能够产生满足BV043/85标准要求的冲击谱。     

关于水下中远场爆炸相似律与冲击因子的讨论

冲击因子是表征舰船在水下爆炸作用下冲击环境的一个重要物理量。从水下中远场爆炸相似律、水下中远场爆炸下结构响应相似律出发,分析结构在给定冲击波载荷下的动响应相似关系。结合冲击因子所表征的物理含义,分析冲击因子在舰船原型及模型试验中使用的适用性及局限性,并对目前已提出的或可能的冲击因子修正方法进行了评述和探讨。在水下中远场爆炸缩比模型试验设计中,根据原型舰船的抗冲击要求,确定原型舰船的冲击工况,然后再依据相似律设计模型结构的爆炸试验。     

级间分离装置地面爆炸分离试验冲击数据分析方法比较研究

为了获取级间分离装置地面爆炸分离试验高量级冲击数据的特征,以某火箭一二级分离装置为例,设计搭建了试验测试方案和测试系统.针对冲击数据出现的零漂问题,利用最小二乘法和小波分析分别进行了处理,并对典型测点冲击响应谱数据进行了归纳分析.结果表明:在整个时域历程中,以最小二乘法对原始数据进行去趋势项处理,能在一定程度上减轻原始数据零漂所引起的冲击响应谱低频数据过大的现象,而小波分析则可以较好地解决冲击响应谱低频数据过大的问题.从所有测点的冲击响应谱有效数据可以看出,各测点冲击响应谱数据变化趋势一致,法向冲击响应谱最大,切向冲击响应谱最小,轴向冲击响应谱介于两者之间,分析结果对获得箭体关键部位的冲击环境条件具有重要参考意义.     

典型舰艇设备在水下爆炸作用下的安全距离

运用有限元分析程序ABAQUS对某型舰艇进行冲击响应的数值模拟,分析爆炸攻角给舰船结构和设备动态响应带来的影响。重点分析了舰船设备在水下爆炸作用下的安全距离,得出:水下爆炸载荷作用下舰船结构响应具有局部性,垂直迎爆时船体的受冲击范围和强度较大;同等炸药量、相同爆炸距离时,辅机垂向瞬时加速度响应随着爆炸攻角的减小而减小,而垂向剩余加速度响应则是60°时最大,90°时略小,30°时最小;同一炸药量时,辅机安全距离也是60°时最大,90°时略小,30°时最小。     

船体水下爆炸冲击动弯矩理论与试验研究

针对船体在水下爆炸载荷作用下产生的冲击动弯矩危及总强度问题,对船体水下爆炸冲击动弯矩进行研究。用泰勒平板理论修正的船体壁压作为求解载荷,在等值船体梁模型的基础上求解经典阻尼多自由度振动方程,并用弯矩的微分形式得出冲击动弯矩。通过与实船水下爆炸试验值的对比,验证该理论方法的正确性。最后分析了冲击波与气泡脉动分别作用下的冲击动弯矩和不同工况下的动弯矩的占比。结果表明,船体动弯矩以前二阶为主,同时不可忽略冲击波产生的动弯矩。本文的分析方法为水下爆炸载荷作用下船体总纵强度的校核提供一定的参考。     

一种新型水下爆炸冲击等效加载实验方法

针对传统水下爆炸冲击响应实验研究中存在的问题,提出了一种实验室仿真水下爆炸冲击的等效加载方法,通过飞片撞击的方式来获得水下爆炸冲击等效载荷.同时建立了等效理论模型与流固耦合数值仿真来进行对比分析.结果表明,数值仿真结果与理论分析结果吻合较好,通过调节飞片的撞击速度与撞击比质量可以获得不同水下爆炸冲击所需要的等效载荷,进而为鱼雷爆炸对典型舰船结构的冲击响应研究提供一种新的思路.     

基于冲击信号的冲击响应谱研究

传统的冲击试验缺乏对冲击环境模拟的真实性,因此对某试验冲击信号采用较为先进的改进的递归数字滤波器法进行了冲击响应谱计算.介绍了冲击响应谱的计算原理和冲击响应谱的分析算法.用MATLAB数据处理语言为平台,得到该冲击过程对应的冲击响应谱曲线.为了更好地进行人机对话,在编写冲击响应谱曲线的基础上,编写了冲击响应谱数据处理软件.通过试验验证了算法的正确性,为工程实践中的冲击响应谱分析提供了一种通用性相对较好的分析方法.     

中小型航天器爆炸螺栓解锁冲击响应特性

爆炸螺栓在中小型航天器分离中有着广泛应用,在解锁过程中会产生高频、强瞬态冲击波,对航天器内部搭载设备形成冲击,因此爆炸螺栓解锁引起的航天器冲击响应是航天工程中必须考虑的问题.基于有限元分析软件Abaqus,采用耦合欧拉-拉格朗日算法建立爆炸螺栓三维流体与固体耦合模型,对爆炸过程进行计算.通过爆炸过程的计算结果,分析螺栓解锁过程中的冲击响应特性,并与试验数据对比验证爆炸螺栓模型的有效性.结果表明,爆炸螺栓解锁可分为爆炸和撞击两个过程,撞击过程产生的冲击响应较爆炸过程更剧烈,其加速度谱峰值约为爆炸过程的3倍.     

谱跌效应的参数化研究

在舰船设备的抗冲击性能考核中,由于设备结构惯性力与基础输入之间的相互作用,设备的实际冲击环境常存在谱跌效应,若忽略这一影响将引起冲击考核的较大误差。将多自由度系统冲击响应分析与实验设计统计相结合,对谱跌效应的各个影响因素进行研究,得出了谱跌效应的主要影响因素和变化趋势。通过构造近似模型,得出了谱跌加速度谱和速度谱的多因素经验公式。     

水下爆炸作用下水面舰艇舰体结构毁伤测量方法

为准确测量水面舰艇舰体结构在水下爆炸作用下的毁伤程度,客观评价水中兵器毁伤能力和作战效能,基于水下爆炸对水面舰艇舰体结构的作用形式和毁伤方式,建立舰体结构的等效模型,分析舰体的薄弱环节,并将这些薄弱环节作为重点测量部位。结合工程实践和海上试验经验,在科学客观测量结构毁伤的同时,优化测点和传感器布设,研究设计了水下爆炸作用下水面舰艇舰体结构毁伤测量优化方法。该方法的提出为有效测量水爆作用下水面舰艇舰体结构毁伤提供参考。     

基于扭摆的中低频响应谱修正方法研究

冲击响应谱广泛应用于舰艇及其舰载设备抗冲击的设计工作中。由于趋势项误差的存在使得冲击谱中低频区出现失真现象,为此通过理论分析解释了趋势项误差对冲击谱中低频区域测量失真的作用机理,得到了零飘现象中放大倍率与系统频率和系统响应间的关系。从原理上分析阐述数学修正方法的优劣,结合现有修正仪器提出扭摆模型修正方法,建立该扭摆模型振动方程并应用Ritz-Galerkin方法推导近似周期解与主共振频率方程。进行了扭摆与传统弹簧振子在相同冲击环境下冲击响应试验,结果表明,在低频扭摆冲击响应摆角小于20.06°范围内,扭摆与弹簧振子具有良好的线性关系。对比数学修正方法、传统弹簧振子修正方法以及扭摆修正方法发现,扭摆修正方法对冲击谱中低频段的修正结果可信度较高。     

水下爆炸载荷作用下MK46鱼雷结构动态响应分析

通过对美国MK46鱼雷进行数值仿真,设置不同的工况,应用ABAQUS中的声固耦合算法对鱼雷在水下爆炸冲击波作用下的动态响应及其冲击环境进行仿真计算,分析了鱼雷在不同工况下的毁伤效果,以及不同部位各节点的加速度响应及冲击环境。有限元计算结果表明:MK46鱼雷首部为薄弱部分,首部加强筋首先失效破坏,当壳体冲击因子为1.33时鱼雷壳体发生破损;迎爆面和背爆面节点加速度响应有较大区别,通过节点的冲击谱参数可对鱼雷内部设备的抗冲击性能进行分析。本文结果可对相关鱼雷的毁伤效果分析及结构设计提供参考。     

舰船爆炸冲击防护技术进展

随着反舰武器爆炸威力越来越大,作为最后一层防护手段的被动防御技术即爆炸冲击防护必将对现代舰船的发展产生重大影响。从武器种类、毁伤机理、防护技术等层面,从空中爆炸和水下爆炸角度系统地阐述舰船爆炸冲击防护技术的内涵,梳理了国内舷侧防雷舱、复合夹心结构、箱式框架船体结构、舷侧泄爆结构、设备及人员爆炸冲击防护、水雾抑制冲击波、新概念抗冲瓦等7种技术的发展情况。最后,从爆炸冲击波阻挡、转移、耗散、缓释等4个方面探讨了未来舰船防护技术的发展方向。     

基于DDAM的某类舰用设备的冲击极限载荷研究

为快速评估设备的抗冲击性能,提出了一种根据设备材料的极限强度反推冲击极限载荷的方法和破损速度谱的概念。以悬臂梁类舰用设备为例,对其极限载荷特性进行研究,推导了悬臂梁的破损速度谱的计算公式,可得到悬臂梁不同固有频率下破损速度谱的谱值。研究发现,采用极限破损速度谱表征舰用设备冲击极限载荷的方法切实可行且易于计算;悬臂梁类舰用设备的冲击极限载荷与梁的固有频率、位置和材料的极限强度有关,难以用显函数关系式表达。     

基于动力缩聚法的舰艇冲击响应数据扩展方法研究

由于舰艇平台和系统的庞杂和测试系统规模的相对受限,舰艇水下爆炸冲击响应数据总是难以满足需求。基于动力缩聚法的基本原理,对舰艇冲击响应数据扩展方法进行研究。建立舰艇局部结构有限元模型,获取其总质量和刚度矩阵;并将已知冲击响应自由度和待扩展自由度分离,建立两组自由度的转换矩阵,从而将少数测点数据扩展为所关心节点的冲击响应数据。经舰艇水下爆炸冲击试验数据的验证表明该方法可实现试验数据的扩展。     

剪切式爆炸螺栓火工冲击作用解耦试验及特性

为了辨识剪切式爆炸螺栓冲击产生的来源,设计了有预紧力、无预紧力、无活塞剪切和仅火药燃烧四种不同状态的爆炸螺栓,实现了火药燃烧、活塞剪切薄弱面、活塞行程末端碰撞和预紧力释放四种冲击源的解耦,利用压阻加速传感器测量其在60 cm×60 cm×1 cm的等效铝板上距冲击源中心15 cm处的响应加速度,以此计算出了各冲击源的冲击响应谱,并与整个事件的冲击响应谱进行对比分析。结果表明,不同冲击源的特性不同,火药燃烧诱导的冲击主要表现为高频,而活塞剪切薄弱面和活塞行程末端碰撞引起的冲击集中在中低频。在整个频域内,预紧力释放是整个冲击响应输出的主要贡献者,大约占57.51%,而火药燃烧、活塞剪切和活塞碰撞三个冲击源的贡献相当。     

中等装药水下爆炸摄像试验装置

一种用于研究水下爆炸的全新试验装置已经被开发出来。该装置设于维多利亚州墨尔本港的平台科学实验室水下爆炸试验场,用光学成像设备拍摄中等装药(1～5 kg)水下爆炸现象。水下爆炸现象拍摄面临很多技术挑战:结构和光学敏感设备强冲击载荷下的防护,光学清水的获得,低光照度高速摄像和大深度实验操控。阐述了成功克服这些困难的方法,选用了0.5 kg的B成分装药进行爆炸试验,拍摄结果和数据分析验证了这些方法的可行性。