[发明专利]一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的方法及系统

说明书

本发明公开了一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的方法及系统，其通过获取用于表征水下爆炸产生冲击波强度和气泡脉动强度的第一冲击因子，获取用于表征气泡脉动与船体结构的耦合效应的第二冲击因子，利用第一冲击因子和第二冲击因子获取用于描述水下爆炸强度的第三冲击因子；利用舰船的型高、型宽、板厚和惯性矩之间的映射关系，获取用于表征舰船结构强度的强度因子；获取第三冲击因子和强度因子的若干取值组合下舰船所对应的损伤模式，以构建用于进行水下爆炸下舰船的损伤模式预测的分布图谱，通过合理表征水下爆炸强度和舰船结构强度的函数变量，建立了水下爆炸作用下舰船整体损伤模式的快速判定方法，实现通过该两种参数就能唯一确定舰船船体梁整体损伤。

技术领域

本发明属于舰船损伤评估技术领域，具体涉及一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分 布图谱的方法及系统。

背景技术

为满足布置更多武器装备的需求，世界海军水面驱护舰船总体型线逐渐向细长型方向发 展。现代驱护舰船细长型的设计特点导致其一阶湿频率约为几个赫兹，与鱼、水雷等兵器水 中爆炸后的气泡脉动频率接近，爆炸气泡和舰船之间形成强烈的耦合作用，容易导致舰船发 生整体响应和破坏。在中远场爆炸下，这种响应表现为耦合弹性共振，出现鞭状响应 (whipping response)，造成舰船总体大范围弹性变形；在近场爆炸下，舰船则会发生整体 塑性大变形，出现中拱或中垂损伤(统称为垂向损伤)，甚至折断、沉没，影响范围广且后 果严重造成。实现对水下爆炸作用下舰船整体变形及损伤模式的快速计算、评判及预报，对 于优化水中兵器定向定位攻击方式、提升攻击效能及快速评判攻击效果均具有重要意义，军 事价值和战略价值十分突出。

目前，水下爆炸作用下船体梁整体运动响应模式的种类已基本明确，大致可以分为中垂 损伤、中拱损伤、鞭状响应及全弹性运动等几种类型，在仿真过程中，主要表征爆炸冲击波 强度的冲击因子目前存在如下三种形式，如

(a)基于冲击波超压的冲击因子C₁

式中，C₁为冲击因子；W为药包质量(TNT)；R为爆心与舰船的最短距离。若取舰船龙骨 上的点计算R，得到的C₁称为龙骨冲击因子；若取舷侧上的点计算R，得到的C₁称为舷侧冲击因子。对于远场爆炸二者的区别是不大的。

由库尔的经验公式，自由场冲击波超压可由下式计算：

P_m＝5.33×10⁷C₁^1.13

式中，P_m为峰值压力(Pa)，θ为冲击波时间衰减常数(s)；t为冲击波切过艇体的时间(s)。

若两种不同工况的冲击因子C₁相等，则所考察的入射点的超压P_m相等。这种形式的冲击 因子曾被北约和苏联用于潜艇结构生命力考核，是使用较早的一种冲击因子形式。这种冲击 因子有着明显的缺陷，因为小装药量的药包在近距离爆炸时所产生的峰值压力有可能比大装 药量的药包远距离爆炸时的大，但是它对舰船结构产生的破坏不一定大。冲进因子C₁的效果 较差，难以反映水下爆炸结构冲击环境的相似性，目前应用较少。

(b)基于平面波假定的冲击因子C₂