典型水面结构在水下爆炸作用下的毁伤模式研究

２０１６年第 ３期
舰 船 电 子 工 程
船体 局部板架 的初 始动 能 。
架 初 始动能 Ｋ ，即 ：
２ 典 型 水 面 结 构 在 水 下 爆 炸 用 下
Ｕ—Ｋ
（２）
板 架塑性 变 形 能 的计 算 可 将 板 架 化 为 正 交 的
Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．３ １１８
舰 船 电 子 工 程
Ｓｈｉｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
总第 ２６１期 ２０１６年第 ３期
典 型 水 面 结 构 在 水 下 爆 炸 作 用 下 的 毁 伤 模 式 研 究
张永坤 高 鑫
（９１４３９部 队 大 连 １１６０４１）
摘 要 论文首先 给出典 型水 面结构在水下爆炸 作用下 的毁 伤模型 ，根 据能量守 恒原理 得到板架 塑性变 形能 等于板 架 初始动能 ，给出板架 塑性 变形能计算公式 。从模型参数 、载荷参数及流 固耦合效应等效 三方 面 ，得到相似准数 中所包含 的 全部物理量 ，利用 方程 分析法及量纲分析法导 出典型水 面结构在水 下爆炸作用下运动现象的相似准数 ；利用 定理 ，建立关 于相似准数 的准数方程式 ，进而得到表征结构毁伤程度 的相 似准数与其他准数 之间 的关系 ，最 后得到能够 通过模 型实验预 报实船结构毁伤参数 的经验公式 。
Ｋｅｙ Ｗ ｏｒｄｓ ｗａｒｓｈｉｐ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｄａｍａｇｅ，ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ， ｔｈｅｏｒｙ Ｃｌａｓｓ Ｎｕｍｂｅｒ Ｉｄ６６４．２
１ 引 言
水下爆 炸作 用 下 典 型水 面结 构 的毁 伤模 式包 括 局部 结构 塑性 大变 形 和开裂 破 坏 ，整体 箱 形 梁结 构弹 塑性 动态 响应 和塑 性铰 破坏 ，整 体 箱形 梁 结 构 冲击 振动 （鞭 状 运 动 ）和 塑 性 铰 破 坏 等 。不 同 毁 伤 模式所要研究的相似准数不同，冲击波作用下 的塑 性动 态 响应 主要 考 虑 抗 弯 能 力 和 塑性 变 形 （应 变 ） 相似 ，气泡脉动引起 的船体鞭状运动主要考虑振动 频率和应力应变相似 。研 究方法包括理 论计算 方 法研 究 和实验 研究 ［１ ］。
关键词 舰艇 ；结构 ；毁伤 ；爆炸 ； 定理 中图分类号 Ｕ６６４．２ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２～９７３０．２０１６．０３．０３１
Ｄ ａｍ ａｇｅ Ｍ ｏｄｅｌ ｏｆ Ｓｈｉｐ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ
ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇｋｕｎ ＧＡＯ Ｘｉｎ （Ｎｏ．９１４３９ Ｔｒｏｏｐｓ ｏｆ ＰＬＡ ，Ｄａｌｉａｎ １１６０４１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｈｉｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｃｏｎｖｅｒｓａ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ，ｔｈｅ ｐｌａｔｅ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｅｑｕａｌｓ ｔｏ ｉｔｓ ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅｄ ｋｉｎｅｔｉｃ ｅｎｅｒｇｙ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｔｅ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．Ａｌｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｎｕｍｂｅｒ ａｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅ— ｔｅｒｓ，ｌｏａｄｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｆ ｌｕｉｄ－ｓｑｕｉｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ．Ｓｈｉｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｎｕｍｂｅｒ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｉｓ ｏｂａｔｉｎｅｄ ｕｓｉｎｇ ｆｏｒｍ ｕｌａ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｍ ｅｎｓｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ７【ｔｈｅｏｒｙ，ｓｉｍ ｉｌａｒｉｔｙ ｎｕｍ ｂｅｒ ｆｏｒ ｍ ｕｌａ ｉｓ ｆｏｕｎ ｄｅｄ ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｆ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｎｕｍｂｅｒｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｆｏｒｍ ｕｌａ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｅｄｉｃｔ ｓｈｉｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ ｕｓｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ．
由于问题 的复杂性 ，从理论上确定准数方程式
的具 体 形 式 有 所 困难 ，故 拟 用 数 值 仿 真 实 验 的 方 法 ＿７叫 。在用 仿 真实 验方 法求 解准 数方 程 的时候 ， 首先 得 到相似 准数 中所 包含 的全 部 物 理量 ，并 将 仿 真实 验数 据整 理成 相似 准数 ，进 而得 到表征 结 构 毁 伤程 度 的相似 准 数与其 他 准数 之 间 的关 系 ，最 后 得 到能 够通 过模 型实 验 预 报 实 船 结 构 毁 伤 参 数 的 经 验公 式 。利用 方 程 分 析 法 或 量 纲 分 析 法 导 出 典 型 水 面结 构在水 下爆 炸作 用 下运 动现 象 的相 似 准 数 ； 利 用 定 理 ，建 立关 于相 似 准数 的准数 方程 式 。
爆 炸载荷 作 用在舰 船板 架上 ，冲击 波 作用 时 间 与板 架 固有 周期 相 比很 小 ，因此 可 用 动量 定 理求 解 板 架初 始动 能 。根 据 单 位 面 积 入 射 冲量 可 以确 定
＊ 收稿 日期 ：２０１５年 ９月 １０日，修 回 日期 ：２０１５年 １０月 ２５日 作者简介 ：张永坤 ，男 ，博 士 ，１二程师 ，研 究方 向 ：水下爆炸 总体 。