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水下爆炸下水面船冲击环境特性研究

董九亭  
【摘要】:舰载设备是舰船在现代战争中不可或缺的重要功能部分,在水下爆炸下会产生复杂的冲击动响应。为保证正常使用,在设计之初就需要确保设备满足相应的抗冲击要求。而冲击环境可以为设备的抗冲击设计、考核等提供依据,所以舰船冲击环境特性研究是提升舰船设备抗冲击标准水平、提高舰船整体抗爆抗冲击能力的基础。鉴于我国目前舰船抗冲击标准主要来自于国外,制订标准的技术基础和准则不甚清楚,因此对于舰船的实际抗冲击能力并不清楚。通过研究不同船型、不同质量和安装频率设备在水下爆炸条件下的冲击环境特征,寻找并验证水下爆炸载荷与冲击环境之间的关系,具有重要的理论和实际意义。本文以二阶双重渐进近似方法(DAA_2方法)为基础,用振子模拟设备的安装,将计算得到的冲击响应转化成冲击环境,分别从安装区域、船型、设备质量及频率特征等角度出发,分析冲击环境在这些因素影响下的分布和变化规律,具体研究方法和内容如下:(1)以实船试验为基准,开展了DAA方法中的主要阻尼参数对计算结果的影响研究,得到了合理的阻尼参数组合,使计算的典型安装位置处冲击动响应结果与试验相吻合,明确了相关参数对计算结果的影响,为下一步工作做好铺垫。(2)开展了水下爆炸下水面船冲击环境特征研究,针对不同的冲击环境影响因素开展多种工况的计算,将获得的数据进行分析、总结,发掘不同参数之间的耦合效应,进行安装位置、船型大小、设备质量单独作用及耦合作用下冲击环境的计算,得到了冲击环境在众多影响因素下的规律。(3)将冲击谱和机械阻抗理论相结合,根据阻尼在稳态振动和冲击谱中共振频率处响应放大效应方面的不同影响,提出了“冲击阻抗”的定义,并对不同设备和基座的“冲击阻抗”进行了计算,得到了全船模型的“冲击阻抗”特性,解释了冲击环境在复杂输入状态下的特征;以“冲击阻抗”分析了不同质量设备引起的冲击环境折减规律,对比国内外冲击计算标准和规范,指出了标准中折减方法的局限性。本文的工作探明了水下爆炸下水面船冲击环境的特性,提出的“冲击阻抗”可用于描述冲击环境特征和设备质量引起的冲击响应折减,为舰船设备抗冲击设计提供了技术支撑。


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