[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

说明书

技术领域

本发明属于舰船总体结构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整体弹塑性运动响应预测方法及系统。

背景技术

现代海战中，舰船遭受的水下爆炸攻击多以近距作用为主，其中水下近距非接触爆炸形成的冲击作用遍及整船，往往造成大范围设备破坏甚至造成舰船整体折断。2010年3月26日发生的韩国“天安号”护卫舰遭水下爆炸攻击发生瞬间折断沉没事件，就可看作是水下近距非接触爆炸造成舰船折断破坏的典型例子。

对于水下近距非接触爆炸作用下的舰船而言，其最先受到冲击波的作用，随后爆炸气泡脉动及辐射压力对结构产生后续影响。考虑到冲击波和气泡载荷发生的先后关系，已有研究往往将两者分开研究或者直接忽视冲击波对结构整体变形的影响，但从物理过程而言，冲击波造成的结构响应应当作为计算后续气泡造成的结构响应的初始输入条件，其影响不应忽视。另外，水下近距爆炸作用会造成舰船发生明显的整体变形，根据爆炸工况的不同，可能发生中垂或中拱弯曲破坏，这点已被实船爆炸或模型试验研究所证实。目前，国内尚缺乏一套完整考虑爆炸冲击波和气泡联合作用，计算舰船发生反复中拱或中垂塑性变形的理论计算方法。另外，基于所建立的舰船整体响应计算方法，进一步研究舰船整体响应特点及损伤模式，对于提高舰船抗水下爆炸冲击防护设计水平，特别是对指导水中兵器攻击效能优化设计及攻击方式选取等均具有重要意义。

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作用下舰船整体弹塑性运动响应预测方法及系统，本发明综合考虑冲击波和气泡载荷对舰船总体的冲击作用，能合理反映舰船反复加载、卸载的响应过程，可以较为简便且准确地实现对近距爆炸作用下舰船弹塑性运动变形的工程预报。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种水下爆炸作用下舰船整体弹塑性运动响应预测方法，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；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)：