[发明专利]水下爆炸作用下舰船整体弹塑性运动响应预测方法及系统

权利要求书

1.一种水下爆炸作用下舰船整体弹塑性运动响应预测方法，其特征在于，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；m_e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)：

其中，x为自由船体梁任意点处的横坐标值，k₂＝t₂-t₁，为自由船体梁第一阶固有振形，其中ζ₁为振形幅值，μ₁为梁运动频率参数，l为自由船体梁长度；为五个时间阶段的积分常数，ω₁为自由梁的一阶振形固有频率；φ₁为积分常数，m为考虑附连水质量的单位梁长度质量，p(x)为自由船体梁不同时间阶段压力分布特征函数，对于0≤t＜t₁、t₁≤t＜t₂时间阶段，对于第t₂≤t＜t₃、t₃≤t＜t₄、t₄≤t＜t₅时间阶段，p(x)=(1-2x-ll)·exp[-8(2x-ll)2+4(2x-ll)3]+(2l-2xl)1.5·(2x-ll);]]>

S4、根据船体梁在五个时间阶段的弹性运动位移w(x,t)，求解船体梁在不同阶段的速度和弯矩值；

S5、当所述船体梁中点弯矩绝对值超过船体梁塑性极限弯矩Ms绝对值时，船体梁进入正向塑性运动，求解船体梁正向塑性运动时的运动幅值H'(t)和相对转动的转角α(t)：

H··′(t)=3Ms-(lξ3+3ξ4)p(t)(lξ1+3ξ2)mα··(t)=24(ξ1ξ4-ξ2ξ3)p(t)-24Msξ1(lξ1+3ξ2)ml2,]]>

ξ₁＝λ₁(l)-λ₁(l/2)，ξ₂＝λ₂(l)-λ₂(l/2)-λ₁(l)·l/2，

ξ₃＝η₁(l/2)-η₁(l)，ξ₄＝η₂(l/2)-η₂(l)+η₁(l)·l/2；

∫0xp(x)dx=η1(x),∫0x∫0xp(x)dxdx=η2(x);]]>

S6、当所述船体梁正向塑性变形达到最大即α(t)达到最大值时，其正向塑性变形阶段结束，进入反向弹性卸载，根据公式α(t)(x-l/2)+φ1(x)H′(t)=φ1(x)H(t)α·(t)(x-l/2)+φ1(x)H·′(t)=φ1(x)H·(t)]]>求解船体梁反向弹性卸载过程的运动幅值H(t)；

S7、在船体梁反向弹性变形过程中，当梁中点弯矩绝对值超过塑性极限弯矩M_s绝对值时，船体梁进入反向塑性运动，求解梁进入反向塑性变形后的运动幅值H₁'(t)和相对转动的转角α₁(t)：

H··1′(t)=3(-Ms)-(lξ3+3ξ4)p(t)(lξ1+3ξ2)mα··1(t)=24(ξ1ξ4-ξ2ξ3)p(t)-24(-Ms)ξ1(lξ1+3ξ2)ml2;]]>

S8、当所述船体梁反向塑性变形达到最大即α₁(t)达到最大值时，其反向塑性变形阶段结束，进入正向弹性卸载，根据α1(t)(x-l/2)+φ1(x)H1′(t)=φ1(x)H1(t)α·1(t)(x-l/2)+φ1(x)H·1′(t)=φ1(x)H·1(t)]]>求解船体梁正向弹性卸载阶段的运动幅值H₁(t)。

2.一种水下爆炸作用下舰船整体弹塑性运动响应预测系统，其特征在于，所述系统包括：

第一模块，用于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；

第二模块，用于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‾=P0Patm,n=11.4-10.6r‾0.13+1.51r‾1.26,r‾=Rr0,]]>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；m_e为装药当量，ρ_w为水的密度，g为重力加速度；t5=3290r0P00.71+t4;]]>

第三模块，用于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)：

其中，x为自由船体梁任意点处的横坐标值，k₂＝t₂-t₁，为自由船体梁第一阶固有振形，其中ζ₁为振形幅值，μ₁为梁运动频率参数，l为自由船体梁长度；为五个时间阶段的积分常数，ω₁为自由梁的一阶振形固有频率；φ₁为积分常数，m为考虑附连水质量的单位梁长度质量，p(x)为自由船体梁不同时间阶段压力分布特征函数，对于0≤t＜t₁、t₁≤t＜t₂时间阶段，对于第t₂≤t＜t₃、t₃≤t＜t₄、t₄≤t＜t₅时间阶段，p(x)=(1-2x-ll)·exp[-8(2x-ll)2+4(2x-ll)3]+(2l-2xl)1.5·(2x-ll);]]>

第四模块，用于根据船体梁在五个时间阶段的弹性运动位移w(x,t)，求解船体梁在不同阶段的速度和弯矩值；

第五模块，用于当所述船体梁中点弯矩绝对值超过船体梁塑性极限弯矩Ms绝对值时，判断船体梁进入正向塑性运动，求解船体梁正向塑性运动时的运动幅值H'(t)和相对转动的转角α(t)：

H··′(t)=3Ms-(lξ3+3ξ4)p(t)(lξ1+3ξ2)mα··(t)=24(ξ1ξ4-ξ2ξ3)p(t)-24Msξ1(lξ1+3ξ2)ml2,]]>

ξ₁＝λ₁(l)-λ₁(l/2)，ξ₂＝λ₂(l)-λ₂(l/2)-λ₁(l)·l/2，

ξ₃＝η₁(l/2)-η₁(l)，ξ₄＝η₂(l/2)-η₂(l)+η₁(l)·l/2；

∫0xp(x)dx=η1(x),∫0x∫0xp(x)dxdx=η2(x);]]>

第六模块，用于当所述船体梁正向塑性变形达到最大即α(t)达到最大值时，判断船体梁正向塑性变形阶段结束，进入反向弹性卸载，根据公式α(t)(x-l/2)+φ1(x)H′(t)=φ1(x)H(t)α·(t)(x-l/2)+φ1(x)H·′(t)=φ1(x)H·(t)]]>求解船体梁反向弹性卸载过程的运动幅值H(t)；

第七模块，用于在船体梁反向弹性变形过程中，当梁中点弯矩绝对值超过塑性极限弯矩M_s绝对值时，判断船体梁进入反向塑性运动，求解梁进入反向塑性变形后的运动幅值H₁'(t)和相对转动的转角α₁(t)：

H··1′(t)=3(-Ms)-(lξ3+3ξ4)p(t)(lξ1+3ξ2)mα··1(t)=24(ξ1ξ4-ξ2ξ3)p(t)-24(-Ms)ξ1(lξ1+3ξ2)ml2;]]>

第八模块，用于当所述船体梁反向塑性变形达到最大即α₁(t)达到最大值时，判断船体梁反向塑性变形阶段结束，进入正向弹性卸载，根据α1(t)(x-l/2)+φ1(x)H1′(t)=φ1(x)H1(t)α·1(t)(x-l/2)+φ1(x)H·1′(t)=φ1(x)H·1(t)]]>求解船体梁正向弹性卸载阶段的运动幅值H₁(t)。