[发明专利]一种水下爆炸作用下舰船鞭状运动响应预测方法及系统

说明书

技术领域

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

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究爆炸气泡作用下舰船运动响应的基础。而实际上，已有研究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。

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。研究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

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。

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：

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P_m、气泡脉动阶段负压峰值P_b、气泡第一次脉动压力峰值P_s；所述五个时间阶段为：0≤t＜t₁、t₁≤t＜t₂、t₂≤t＜t₃、t₃≤t＜t₄、t₄≤t＜t₅；其中t₁＝θ，θ为冲击波衰减常数；P₀为炸药处静水压力，P_atm为大气压，c为水中声速，r₀为装药半径，R为爆距；me为装药当量，ρ_w为水的密度，g为重力加速度；t5=3290r0P00.71+t4;]]>

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w(x,t)：