[发明专利]考虑阻尼效应的水下爆炸作用下舰船运动响应预测方法

权利要求书

1.一种考虑阻尼效应的水下爆炸作用下舰船运动响应预测方法，其特征在于，包括：

S1：将舰船简化为等截面自由船体梁，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：将水下爆炸冲击波和气泡载荷压力曲线简化为不同的压力阶段，建立考虑结构阻尼的船体梁的强迫运动控制方程，所述结构阻尼包括材料阻尼和流体粘滞阻尼；根据所述强迫运动控制方程确定考虑结构阻尼时不同压力阶段内船体梁的运动位移函数；

S3：引入无因次阻尼比，根据预置的无因次阻尼比参数以及不同压力阶段船体梁长度方向上的压力分布函数确定船体梁运动变形的主坐标函数；

S4：基于水下爆炸作用下船体梁振动的固有振型函数以及不同压力阶段船体梁运动变形的主坐标函数计算对应压力阶段内船体梁的运动位移函数，并根据所述运动位移函数求解船体梁在不同压力阶段的变形参数，所述变形参数包括速度、加速度以及弯矩；

S5：根据所述变形参数确定船体梁进入不同运动变形过程的转换时刻，并分别根据各个运动变形过程中船体梁强迫运动控制方程、变形转换时刻的位移以及速度连续条件求解船体梁在各运动变形过程中所产生的运动幅值和相对转角。

2.如权利要求1所述的水下爆炸作用下舰船运动响应预测方法，其特征在于，所述将舰船简化为等截面自由船体梁的简化过程需满足以下两个原则：

保持原型和模型总纵惯性矩几何相似；

以及，舰船结构和炸药按相同尺度几何缩比后，保持模型一阶湿频率与缩比药量的爆炸气泡脉动频率吻合。

3.如权利要求1所述的水下爆炸作用下舰船运动响应预测方法，其特征在于，步骤S2中，所述考虑结构阻尼的船体梁的强迫运动控制方程满足：

其中，w表示船体梁的运动位移函数，m为船体梁单位长度质量，包含附连水质量；E表示弹性模量；I表示截面惯性矩；C_s为应变速度的阻尼系数；C_f为粘滞阻尼系数；

P(x,t)表示水下爆炸压力函数，满足P(x,t)＝p(t)·p(x)，其中p(t)为船体梁中点处压力时程衰减曲线，p(x)为相对于船体梁中点的爆炸载荷压力分布特征函数；

根据所述强迫运动控制方程确定的考虑结构阻尼时不同压力阶段内船体梁的运动位移函数w为：

其中，是船体梁第i阶无阻尼自由振动的固有振形函数，H_i(t)是船体梁第i阶振形对应的有阻尼强迫振动主坐标函数。

4.如权利要求3所述的水下爆炸作用下舰船运动响应预测方法，其特征在于，步骤S3中具体包括：

将式(2)带入式(1)中，考虑正交条件，同时引入阻尼参数λ和η，有

其中，λ和η分别满足C_f＝λm，C_s＝ηE，为具有时间倒数和时间因次的比例系数；另外，l表示船体梁的梁长；

引入无因次阻尼比ζ_i，使得

对式(5)进一步简化，有

其中，为与广义质量对应的广义激振力；

根据式(6)，对于强迫振动条件下船体梁运动变形的主坐标函数H_i(t)，表示为：

其中，a_i、b_i为积分常数，由位移和速度均为零的初始条件和运动连续条件决定；ω_i表示船体梁的i阶振形固有频率。

5.如权利要求4所述的水下爆炸作用下舰船运动响应预测方法，其特征在于，步骤S4中，船体梁的一阶固有振形函数近似表示为：

根据式(4)、(9)分别确定所述一阶固有振形函数和其对应的主坐标函数H₁(t)后，可得到船体梁的近似位移函数为：

不同压力阶段船体梁运动变形的主坐标函数计算对应压力阶段内的船体梁的运动位移函数，通过所述运动位移函数对时间t或变量x求偏导数得到船体梁的速度、加速度以及弯矩。