舰艇水下爆炸冲击信号拟合及应用
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响 ， 变得 随 机 性 很 强 ， 法 作 仿 真 校 核 评 估 的 标 准 而 无
载荷 。
６ｔ， ＝ Ｊ（）ｎ ｆ ｄ （ ） ７ｓｔ（一 ） ｏｆ ＿ｉ ｏ ｒ
Ⅲ ｎＪ ｕ
通过变 换 ［ ， ５ 可将 上式改 写为 ： ］
１
为 了给仿 真提供可 靠 、 有效 的数 据 支持 ， 年来 发 近
王炅等 通过对实测冲击信号的傅里叶谱进行统计分
析 ， 随机数 的产生 法 ， 结合 生成 了满 足 时域 特性 的 随机 冲击信 号 。为 仿真 引信 虚 拟样 机模 型 在 冲击环 境下 的
基金项 目：国家 自然科学基金项 目（０ ７ １ １ １６ ２８ ）
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ０ ８— ８—１ 修 改稿 收 到 日期 ：０９— ４—１ ５ ２０ ０ ８
式 中 ， （￡，） ０ ， 是连续傅 里 叶谱 （ Ｆ （ ｔ和 （ ｔ Ｊ ） ｏ ｔ，
ｔ
） ｅ ｄ的 值 位。 到当ｓ［ ＋ ＝【（） Ｔ 幅 和相 注意 ｉ ￡ ｎ
０ ，） （ ｔ］＝ １ ６ ｔ ，）取最大 值 ， 时 （ ｔ ｏ 因此 ｔ 对 应 的相 ｏ
关键词 ：水下爆炸 ； 冲击信号 ； 冲击谱 ； 傅里 叶变换
中 图分 类 号 ：Ｕ ６ ．６ ６６ １ 文 献 标识 码 ：Ａ
舰艇 战时 易 受水 下 非 接 触爆 炸 武 器 攻 击 ， 导致 舰 载设 备 和系统 在 强烈 的冲击 下失 效 ， 响 总 体 作 战性 影 能和生命 力 。在舰 艇设计 阶段 采 用有 限元 方 法对 舰 载 设备、 系、 轴 管系进行 冲击 动力 学 分析 是一 种 行之 有效
成 时域 冲击信 号 ， 一 方 面是 利 用 实 测 冲击 信 号 进 行 另
验得到的时域冲击信号转换成频域冲击响应谱再经圆 整 而成 的。这种设计 谱综 合反 映 了舰 艇在 水 下爆 炸下
舰 载设 备基 础 处 的 冲击 烈 度 效 应 。但 是 ， 域 冲击 信 时 号 到冲击谱 的转换 过程 丢失 了相 位信 息 Ｊ 。因此 在逆
６ ０ ，）＝ （３ ｔ
（ ｔｓ ［ ＋０甜 ，） ∞ ， ｉ ｔ ｔ （ ］ ） ｎｏ
展 了各 种 冲 击 谱 计 算 、 冲击 信 号 生 成 、 合 和修 正 方 拟 法 。刘 洪英等 针 对 冲击 响 应谱 试 验 规 范 的特 点 ， 研
制开发 了一 套 基 于 Ｐ Ｃ机下 的 冲击 响应 谱 控 制 系 统 。
方法 有很 多 ， 总体思路 是 保证 变换 前 后 冲击 能量 一致 。 比如 Ｂ ０３标准 介 绍 的变换 方 法将 设 计 谱 转换 为正 、 Ｖ４ 负三角组合 波形或正 弦波 形加 速 度 时域 曲线 ｊ 。但 是
这种加 速度 时域波形 和脉 冲时 间 与实 际 冲击 波形 有着
摘 要 ：舰载设备在进行抗水下爆炸冲击设计时首先需要确定基础冲击时域信号作为输入载荷。相关标准规范
给出的设计冲击谱不能反映实船水 下爆炸 冲击信号的动态特性。而实船试验测试数据 又不具 备标 准性。为获取舰 载设
备仿真校核评估 的冲击输入载荷 ， 提出一种舰艇水下爆炸冲击信号拟合方法 。根据标 准设计 冲击谱 ， 通过傅里 叶变换 对 实测信号进行修 正。采用这种方法得到 的冲击信号同时包含 了设备安装部位 的冲击特性和标 准设计谱 的冲击量值 ， 能够 更 准确地反映舰 载设备在特定安装 部位处的标准冲击环境。
小波 ＷＡ Ｓ Ｎ， Ｖ Ｙ 研究 了时域合 成 的方法 ， 电动振 动 台 为
实 现模拟爆 炸 冲击环境 提供 一种 有 效 的在线 时域 合 成
方 法 。 目前 的研究 一方 面是 根 据规 范 给 出的 冲击谱 生
给出了舰载设 备 的设 计 冲击谱 作 为抗 冲击 设计 和校核
计算 的输入 载荷 。设 计谱 是对 大量 实船 水 下爆 炸试
１ 冲击谱与傅里 叶谱的关系
固有 频率 为 ｔ 的无 阻尼 线性 系统 ， 到来 自基 础 ｏ 受 的冲击加速 度激励 ， 产生 的相对 位移 响应 ６由 Ｄ ｈｍ ｌ ｕａ ｅ
积分 得 出 ：
１ ｔ
显 著的差异 。如果采 用舰 艇水 下爆 炸试 验 测 量 的冲击
信号作为计算的输入载荷可以反映舰载设备实际所受 的冲击 特征 。但 是 这 种实 测 信 号 的幅值 会 受 到 爆 源 、 爆距 、 水深 、 流 和 测 量 误 差 等 多 种 不 确 定 因 素 的影 海
振
动
与
冲
击
第２ ９卷第 ３期
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＲＡＴＩ ＡＮＤ ＨＯＣＫ Ｂ ＯＮ Ｓ
舰 艇水 下爆 炸 冲击信 号拟 合及 应用
杜志鹏 ，汪 玉 ，杨 洋 ，华宏 星 ，史少华
２０ ３ ） ００ ０
（． １ 海军装备研究院 ， 北京
１０６ ； ． ０ １ １ ２ 上海交通大学 ， 上海
变换 时就无法 准确再 现 时域 冲击 特征 。工 程 上 的变换
修正 ， 生成冲击谱或者优化的时域信号。 本文提出 了一种舰艇水 下爆炸 冲击信号 拟合方
法， 通过修 正实测 冲击信 号 的 Ｆ Ｔ变换 ， 其与标 准 设 Ｆ 使 计 谱一致 ， 再进行 Ｆ 逆变 换 ， 到 同时具 备标 准性 与 得 实 船 冲击 特性 的时域 冲击 信号 。最 后给 出了这 种 冲击 信 号拟合方 法在 冲击 响应仿 真 中的应 用实例 。
的舰艇抗 冲击辅 助设 计手 段 ＿ ｊ １ 。在进 行 建模 仿 真 分 析时首先要 确定 冲击 输人 载 荷 。我 国相关 标 准 和规范
动态特性 分析提 供可靠 的数 据支持 。曹源等 。 。以正弦
衰减基波组合 的形式对 冲击信号的拟合进行 了研究， 并与遗传算法的结合 ， 对其在频域 内进行拟合优化 ， 得 到优化 的信号拟 合形式 。刘 洪英和 马爱军 ¨ 利用 合成
载荷 。
６ｔ， ＝ Ｊ（）ｎ ｆ ｄ （ ） ７ｓｔ（一 ） ｏｆ ＿ｉ ｏ ｒ
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为 了给仿 真提供可 靠 、 有效 的数 据 支持 ， 年来 发 近
王炅等 通过对实测冲击信号的傅里叶谱进行统计分
析 ， 随机数 的产生 法 ， 结合 生成 了满 足 时域 特性 的 随机 冲击信 号 。为 仿真 引信 虚 拟样 机模 型 在 冲击环 境下 的
基金项 目：国家 自然科学基金项 目（０ ７ １ １ １６ ２８ ）
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ０ ８— ８—１ 修 改稿 收 到 日期 ：０９— ４—１ ５ ２０ ０ ８
式 中 ， （￡，） ０ ， 是连续傅 里 叶谱 （ Ｆ （ ｔ和 （ ｔ Ｊ ） ｏ ｔ，
ｔ
） ｅ ｄ的 值 位。 到当ｓ［ ＋ ＝【（） Ｔ 幅 和相 注意 ｉ ￡ ｎ
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关键词 ：水下爆炸 ； 冲击信号 ； 冲击谱 ； 傅里 叶变换
中 图分 类 号 ：Ｕ ６ ．６ ６６ １ 文 献 标识 码 ：Ａ
舰艇 战时 易 受水 下 非 接 触爆 炸 武 器 攻 击 ， 导致 舰 载设 备 和系统 在 强烈 的冲击 下失 效 ， 响 总 体 作 战性 影 能和生命 力 。在舰 艇设计 阶段 采 用有 限元 方 法对 舰 载 设备、 系、 轴 管系进行 冲击 动力 学 分析 是一 种 行之 有效
成 时域 冲击信 号 ， 一 方 面是 利 用 实 测 冲击 信 号 进 行 另
验得到的时域冲击信号转换成频域冲击响应谱再经圆 整 而成 的。这种设计 谱综 合反 映 了舰 艇在 水 下爆 炸下
舰 载设 备基 础 处 的 冲击 烈 度 效 应 。但 是 ， 域 冲击 信 时 号 到冲击谱 的转换 过程 丢失 了相 位信 息 Ｊ 。因此 在逆
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展 了各 种 冲 击 谱 计 算 、 冲击 信 号 生 成 、 合 和修 正 方 拟 法 。刘 洪英等 针 对 冲击 响 应谱 试 验 规 范 的特 点 ， 研
制开发 了一 套 基 于 Ｐ Ｃ机下 的 冲击 响应 谱 控 制 系 统 。
方法 有很 多 ， 总体思路 是 保证 变换 前 后 冲击 能量 一致 。 比如 Ｂ ０３标准 介 绍 的变换 方 法将 设 计 谱 转换 为正 、 Ｖ４ 负三角组合 波形或正 弦波 形加 速 度 时域 曲线 ｊ 。但 是
这种加 速度 时域波形 和脉 冲时 间 与实 际 冲击 波形 有着
摘 要 ：舰载设备在进行抗水下爆炸冲击设计时首先需要确定基础冲击时域信号作为输入载荷。相关标准规范
给出的设计冲击谱不能反映实船水 下爆炸 冲击信号的动态特性。而实船试验测试数据 又不具 备标 准性。为获取舰 载设
备仿真校核评估 的冲击输入载荷 ， 提出一种舰艇水下爆炸冲击信号拟合方法 。根据标 准设计 冲击谱 ， 通过傅里 叶变换 对 实测信号进行修 正。采用这种方法得到 的冲击信号同时包含 了设备安装部位 的冲击特性和标 准设计谱 的冲击量值 ， 能够 更 准确地反映舰 载设备在特定安装 部位处的标准冲击环境。
小波 ＷＡ Ｓ Ｎ， Ｖ Ｙ 研究 了时域合 成 的方法 ， 电动振 动 台 为
实 现模拟爆 炸 冲击环境 提供 一种 有 效 的在线 时域 合 成
方 法 。 目前 的研究 一方 面是 根 据规 范 给 出的 冲击谱 生
给出了舰载设 备 的设 计 冲击谱 作 为抗 冲击 设计 和校核
计算 的输入 载荷 。设 计谱 是对 大量 实船 水 下爆 炸试
１ 冲击谱与傅里 叶谱的关系
固有 频率 为 ｔ 的无 阻尼 线性 系统 ， 到来 自基 础 ｏ 受 的冲击加速 度激励 ， 产生 的相对 位移 响应 ６由 Ｄ ｈｍ ｌ ｕａ ｅ
积分 得 出 ：
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显 著的差异 。如果采 用舰 艇水 下爆 炸试 验 测 量 的冲击
信号作为计算的输入载荷可以反映舰载设备实际所受 的冲击 特征 。但 是 这 种实 测 信 号 的幅值 会 受 到 爆 源 、 爆距 、 水深 、 流 和 测 量 误 差 等 多 种 不 确 定 因 素 的影 海
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动
与
冲
击
第２ ９卷第 ３期
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＲＡＴＩ ＡＮＤ ＨＯＣＫ Ｂ ＯＮ Ｓ
舰 艇水 下爆 炸 冲击信 号拟 合及 应用
杜志鹏 ，汪 玉 ，杨 洋 ，华宏 星 ，史少华
２０ ３ ） ００ ０
（． １ 海军装备研究院 ， 北京
１０６ ； ． ０ １ １ ２ 上海交通大学 ， 上海
变换 时就无法 准确再 现 时域 冲击 特征 。工 程 上 的变换
修正 ， 生成冲击谱或者优化的时域信号。 本文提出 了一种舰艇水 下爆炸 冲击信号 拟合方
法， 通过修 正实测 冲击信 号 的 Ｆ Ｔ变换 ， 其与标 准 设 Ｆ 使 计 谱一致 ， 再进行 Ｆ 逆变 换 ， 到 同时具 备标 准性 与 得 实 船 冲击 特性 的时域 冲击 信号 。最 后给 出了这 种 冲击 信 号拟合方 法在 冲击 响应仿 真 中的应 用实例 。
的舰艇抗 冲击辅 助设 计手 段 ＿ ｊ １ 。在进 行 建模 仿 真 分 析时首先要 确定 冲击 输人 载 荷 。我 国相关 标 准 和规范
动态特性 分析提 供可靠 的数 据支持 。曹源等 。 。以正弦
衰减基波组合 的形式对 冲击信号的拟合进行 了研究， 并与遗传算法的结合 ， 对其在频域 内进行拟合优化 ， 得 到优化 的信号拟 合形式 。刘 洪英和 马爱军 ¨ 利用 合成