[發明專利]水下爆炸作用下艦船整體彈塑性運動響應預測方法及系統

有效

• 申請號: 201510081205.1
• 申請日: 2015-02-14
• 公開（公告）號: CN104657611A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 李海濤;朱石堅;何其偉;牟金磊;樓京俊;王曉強;劉錦春
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 宋業斌

1.一種水下爆炸作用下艦船整體彈塑性運動響應預測方法，其特征在于，所述方法包括步驟：

S1、將艦船等效為等截面自由船體梁，由此將對艦船運動響應的預測等效為對自由船體梁運動響應的預測；

S2、將水下爆炸作用下自由船體梁載荷壓力過程劃分為五個時間階段，采集沖擊波壓力峰值P_m、氣泡脈動階段負壓峰值P_b、氣泡第一次脈動壓力峰值P_s；所述五個時間階段為：0≤t＜t₁、t₁≤t＜t₂、t₂≤t＜t₃、t₃≤t＜t₄、t₄≤t＜t₅；其中t₁＝θ，θ為沖擊波衰減常數；P₀為炸藥處靜水壓力，P_atm為大氣壓，c為水中聲速，r₀為裝藥半徑，R為爆距；m_e為裝藥當量，ρ_w為水的密度，g為重力加速度；t5=3290r0P00.71+t4;]]>

S3、求解自由船體梁在水下爆炸五個時間階段內的運動位移w(x,t)：

其中，x為自由船體梁任意點處的橫坐標值，k₂＝t₂-t₁，為自由船體梁第一階固有振形，其中ζ₁為振形幅值，μ₁為梁運動頻率參數，l為自由船體梁長度；為五個時間階段的積分常數，ω₁為自由梁的一階振形固有頻率；φ₁為積分常數，m為考慮附連水質量的單位梁長度質量，p(x)為自由船體梁不同時間階段壓力分布特征函數，對于0≤t＜t₁、t₁≤t＜t₂時間階段，對于第t₂≤t＜t₃、t₃≤t＜t₄、t₄≤t＜t₅時間階段，p(x)=(1-2x-ll)·exp[-8(2x-ll)2+4(2x-ll)3]+(2l-2xl)1.5·(2x-ll);]]>

S4、根據船體梁在五個時間階段的彈性運動位移w(x,t)，求解船體梁在不同階段的速度和彎矩值；

S5、當所述船體梁中點彎矩絕對值超過船體梁塑性極限彎矩Ms絕對值時，船體梁進入正向塑性運動，求解船體梁正向塑性運動時的運動幅值H'(t)和相對轉動的轉角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、當所述船體梁正向塑性變形達到最大即α(t)達到最大值時，其正向塑性變形階段結束，進入反向彈性卸載，根據公式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)]]>求解船體梁反向彈性卸載過程的運動幅值H(t)；

S7、在船體梁反向彈性變形過程中，當梁中點彎矩絕對值超過塑性極限彎矩M_s絕對值時，船體梁進入反向塑性運動，求解梁進入反向塑性變形后的運動幅值H₁'(t)和相對轉動的轉角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、當所述船體梁反向塑性變形達到最大即α₁(t)達到最大值時，其反向塑性變形階段結束，進入正向彈性卸載，根據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)]]>求解船體梁正向彈性卸載階段的運動幅值H₁(t)。

2.一種水下爆炸作用下艦船整體彈塑性運動響應預測系統，其特征在于，所述系統包括：

第一模塊，用于將艦船等效為等截面自由船體梁，由此將對艦船運動響應的預測等效為對自由船體梁運動響應的預測；

第二模塊，用于將水下爆炸作用下自由船體梁載荷壓力過程劃分為五個時間階段，采集沖擊波壓力峰值P_m、氣泡脈動階段負壓峰值P_b、氣泡第一次脈動壓力峰值P_s；所述五個時間階段為：0≤t＜t₁、t₁≤t＜t₂、t₂≤t＜t₃、t₃≤t＜t₄、t₄≤t＜t₅；其中t₁＝θ，θ為沖擊波衰減常數；P0‾=P0Patm,n=11.4-10.6r‾0.13+1.51r‾1.26,r‾=Rr0,]]>P₀為炸藥處靜水壓力，P_atm為大氣壓，c為水中聲速，r₀為裝藥半徑，R為爆距；m_e為裝藥當量，ρ_w為水的密度，g為重力加速度；t5=3290r0P00.71+t4;]]>

第三模塊，用于求解自由船體梁在水下爆炸五個時間階段內的運動位移w(x,t)：

其中，x為自由船體梁任意點處的橫坐標值，k₂＝t₂-t₁，為自由船體梁第一階固有振形，其中ζ₁為振形幅值，μ₁為梁運動頻率參數，l為自由船體梁長度；為五個時間階段的積分常數，ω₁為自由梁的一階振形固有頻率；φ₁為積分常數，m為考慮附連水質量的單位梁長度質量，p(x)為自由船體梁不同時間階段壓力分布特征函數，對于0≤t＜t₁、t₁≤t＜t₂時間階段，對于第t₂≤t＜t₃、t₃≤t＜t₄、t₄≤t＜t₅時間階段，p(x)=(1-2x-ll)·exp[-8(2x-ll)2+4(2x-ll)3]+(2l-2xl)1.5·(2x-ll);]]>

第四模塊，用于根據船體梁在五個時間階段的彈性運動位移w(x,t)，求解船體梁在不同階段的速度和彎矩值；

第五模塊，用于當所述船體梁中點彎矩絕對值超過船體梁塑性極限彎矩Ms絕對值時，判斷船體梁進入正向塑性運動，求解船體梁正向塑性運動時的運動幅值H'(t)和相對轉動的轉角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);]]>

第六模塊，用于當所述船體梁正向塑性變形達到最大即α(t)達到最大值時，判斷船體梁正向塑性變形階段結束，進入反向彈性卸載，根據公式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)]]>求解船體梁反向彈性卸載過程的運動幅值H(t)；

第七模塊，用于在船體梁反向彈性變形過程中，當梁中點彎矩絕對值超過塑性極限彎矩M_s絕對值時，判斷船體梁進入反向塑性運動，求解梁進入反向塑性變形后的運動幅值H₁'(t)和相對轉動的轉角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;]]>

第八模塊，用于當所述船體梁反向塑性變形達到最大即α₁(t)達到最大值時，判斷船體梁反向塑性變形階段結束，進入正向彈性卸載，根據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)]]>求解船體梁正向彈性卸載階段的運動幅值H₁(t)。