CN113486545A - 一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的方法及系统 - Google Patents

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CN113486545A CN202110609271.7A CN202110609271A CN113486545A CN 113486545 A CN113486545 A CN 113486545A CN 202110609271 A CN202110609271 A CN 202110609271A CN 113486545 A CN113486545 A CN 113486545A
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Abstract

本发明公开了一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的方法及系统,其通过获取用于表征水下爆炸产生冲击波强度和气泡脉动强度的第一冲击因子,获取用于表征气泡脉动与船体结构的耦合效应的第二冲击因子,利用第一冲击因子和第二冲击因子获取用于描述水下爆炸强度的第三冲击因子;利用舰船的型高、型宽、板厚和惯性矩之间的映射关系,获取用于表征舰船结构强度的强度因子;获取第三冲击因子和强度因子的若干取值组合下舰船所对应的损伤模式,以构建用于进行水下爆炸下舰船的损伤模式预测的分布图谱,通过合理表征水下爆炸强度和舰船结构强度的函数变量,建立了水下爆炸作用下舰船整体损伤模式的快速判定方法,实现通过该两种参数就能唯一确定舰船船体梁整体损伤。

Description

一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的方法及系统
技术领域
本发明属于舰船损伤评估技术领域,具体涉及一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分 布图谱的方法及系统。
背景技术
为满足布置更多武器装备的需求,世界海军水面驱护舰船总体型线逐渐向细长型方向发 展。现代驱护舰船细长型的设计特点导致其一阶湿频率约为几个赫兹,与鱼、水雷等兵器水 中爆炸后的气泡脉动频率接近,爆炸气泡和舰船之间形成强烈的耦合作用,容易导致舰船发 生整体响应和破坏。在中远场爆炸下,这种响应表现为耦合弹性共振,出现鞭状响应 (whipping response),造成舰船总体大范围弹性变形;在近场爆炸下,舰船则会发生整体 塑性大变形,出现中拱或中垂损伤(统称为垂向损伤),甚至折断、沉没,影响范围广且后 果严重造成。实现对水下爆炸作用下舰船整体变形及损伤模式的快速计算、评判及预报,对 于优化水中兵器定向定位攻击方式、提升攻击效能及快速评判攻击效果均具有重要意义,军 事价值和战略价值十分突出。
目前,水下爆炸作用下船体梁整体运动响应模式的种类已基本明确,大致可以分为中垂 损伤、中拱损伤、鞭状响应及全弹性运动等几种类型,在仿真过程中,主要表征爆炸冲击波 强度的冲击因子目前存在如下三种形式,如
(a)基于冲击波超压的冲击因子C1
Figure BDA0003095334040000011
式中,C1为冲击因子;W为药包质量(TNT);R为爆心与舰船的最短距离。若取舰船龙骨 上的点计算R,得到的C1称为龙骨冲击因子;若取舷侧上的点计算R,得到的C1称为舷侧冲击因子。对于远场爆炸二者的区别是不大的。
由库尔的经验公式,自由场冲击波超压可由下式计算:
Figure BDA0003095334040000021
Pm=5.33×107C1 1.13
Figure BDA0003095334040000022
式中,Pm为峰值压力(Pa),θ为冲击波时间衰减常数(s);t为冲击波切过艇体的时间(s)。
若两种不同工况的冲击因子C1相等,则所考察的入射点的超压Pm相等。这种形式的冲击 因子曾被北约和苏联用于潜艇结构生命力考核,是使用较早的一种冲击因子形式。这种冲击 因子有着明显的缺陷,因为小装药量的药包在近距离爆炸时所产生的峰值压力有可能比大装 药量的药包远距离爆炸时的大,但是它对舰船结构产生的破坏不一定大。冲进因子C1的效果 较差,难以反映水下爆炸结构冲击环境的相似性,目前应用较少。
(b)基于平面波假定的冲击因子C2
平面波假定:结构背爆面冲击波的绕射压力对结构的冲击一般是次要因素,故不考虑冲 击波的绕射。冲击波在水中的能量散逸在药包附近最严重,而25倍药包半径之外能量的散 逸较缓慢,在本节讨论工况中,不考虑冲击波能量的散逸。不计入近场和远场结构对冲击波 反射率的差异。由于1/2以上的初始爆炸能消耗在气泡明显膨胀开始之前即冲击阶段,且2/3 的剩余能量在第一次气泡压缩过程中散逸掉。因此假设冲击波携带的能量、气泡脉动能量和 以其他形式散逸的能量之间成比例关系。若冲击波携带的能量相等,则可认为初始爆炸能相 等。
随着对水下爆炸问题的进一步研究,越来越倾向于使用另外一种基于平面波假定的冲击 因子来描述水下爆炸冲击环境。这种冲击因子的形式为:
Figure BDA0003095334040000023
这种定义实际上是基于平面波假设并从结构遮挡的冲击波能量相等角度定义的。
冲击波在流体域内固定的表面上所作的功可以表示为能流密度,即冲击波在传播方向上 经过某一固定面的单位面积的能流,表达式为:
Figure BDA0003095334040000024
式中,ρ0为水的密度(kg/m3);c0为水中声速(m/s);
Figure BDA0003095334040000025
为定值。在无限域流场中可认为冲击波能量均布于整个球形冲击波波阵面,则在一次爆炸中冲 击波携带的能量为:
E=4πR2Ef=4πA1W
冲击波入射能量为:
Figure BDA0003095334040000031
式中,E为冲击波总能量;Es为冲击波入射能量;Se为结构在垂直于冲击波波阵面上的 投影面积。
由以上可知,当水下爆炸冲击波是平面波时,无论爆距大小如何,船体在垂直于平面波 传播方向上的投影面积Se为常数。此时只要使C2保持不变,则冲击波的入射能量Es不变。
但是在实际情况中,水下爆炸冲击波是一球面波。对任意球面波而言,船体在垂直于球 面波传播方向上的投影面积Se随药包位置的变化而变化。在圆柱壳结构情况下:
Figure BDA0003095334040000032
式中,l为结构长度;r为结构半径。
若仅保持C2不变,并不能保证水下爆炸冲击波入射能量Es不变。只有当
Figure BDA0003095334040000036
保持不变时, 船体遮挡的水下爆炸冲击波能量Es保持不变。
(c)考虑平面波假设的球面波修正的冲击因子C3
冲击因子C2的缺陷在于忽略了冲击波的球面特征,显然越是近场就越需考虑冲击波的球 状特征,因而C2就越不适应描述水下爆炸载荷。由前述分析得知:只有当
Figure BDA0003095334040000037
保持不变时, Es保持不变。鉴于此,对C2进行修正,定义一种新型冲击因子C3描述水下爆炸球面冲击波载 荷。
Figure BDA0003095334040000033
式中,
Figure BDA0003095334040000034
(圆柱壳结构);
Figure BDA0003095334040000035
(船体梁结构,B 为型宽),修正因子Km的物理意义是考虑球面波效应。
另外仿真过程中通常使用舰船典型横剖面惯性矩I来表征其总体抗弯能力,但由于其形 式过于简单,无法反映截面高度、宽度、板厚等其他结构尺度参数的影响。另外,对于缩比 模型和实际舰船模型而言,两者的截面惯性矩存在数量级的差别,不利于在同一个尺度坐标 上表征。然而,由于但各种模式的发生条件尚未界定,现有研究对于水下爆炸强度和舰船整 体损伤模式之间的关系仍未厘清,缺少合理表征爆炸强度参数、结构强度参数的函数变量, 并且尚未建立此类参数与舰船整体损伤模式之间的关系,缺乏快速预报水下爆炸下舰船整体 损伤模式的方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种获取水下爆炸下舰船的损伤模 式分布图谱的方法及系统,通过合理表征水下爆炸强度和舰船结构强度的函数变量,建立了 水下爆炸作用下舰船整体损伤模式的快速判定方法,实现通过该两种参数就能唯一确定舰船 船体梁整体损伤。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式 分布图谱的方法,该方法包括:
获取用于表征水下爆炸产生冲击波强度和气泡脉动强度的第一冲击因子,获取用于表征 气泡脉动与船体结构的耦合效应的第二冲击因子,利用第一冲击因子和第二冲击因子获取用 于描述水下爆炸强度的第三冲击因子;
利用舰船的型高、型宽、板厚和惯性矩之间的映射关系,获取用于表征舰船结构强度的 强度因子;
获取第三冲击因子和强度因子的若干取值组合下舰船所对应的损伤模式,以构建用于进 行水下爆炸下舰船的损伤模式预测的分布图谱。
作为本发明的进一步改进,第一冲击因子fe具体为:
Figure BDA0003095334040000041
其中,C2为基于平面波假设和结构遮挡的冲击波能量相等下获取得到的冲击波强度,γ为 用于表征气泡脉动强度的爆径比参数,W为药包质量,R为爆心与舰船的最短距离,Rmax为 气泡最大半径,D为爆炸深度,D0为大气压力水头高度。
作为本发明的进一步改进,第二冲击因子fζ具体为:
Figure BDA0003095334040000042
其中,
Figure BDA0003095334040000043
表示船体梁一阶湿模态频率FS与气泡第一次脉动频率Fb之比。
作为本发明的进一步改进,强度因子S具体为:
Figure BDA0003095334040000044
其中,I为舰船船体梁典型截面惯性矩;B为船体梁型宽;H为船体梁型高;t为板厚。
作为本发明的进一步改进,利用第一冲击因子和第二冲击因子获取用于描述水下爆炸强 度的第三冲击因子具体为:
C4=-λfelog10fζ
其中,C4为第三冲击因子,fe为所第一冲击因子,fζ为第二冲击因子,λ为用于船体梁模 型计算的缩比尺度。
作为本发明的进一步改进,舰船所对应的损伤模式包括:
整体中拱、底部“瘦马”失效、塌底破坏、右舷塌底破坏、左舷舷侧“瘦马”失效、局部底凹变形、整体中垂损伤、整体鞭状响应、整体弹性响应、鞭状响应和整体弹性中的一种或多种。
为实现上述目的,按照本发明的另一个方面,提供了一种获取水下爆炸下舰船的损伤模 式分布图谱的系统,该系统包括:
冲击因子获取模块,用于获取表征水下爆炸产生冲击波强度和气泡脉动强度的第一冲击 因子,获取用于表征气泡脉动与船体结构的耦合效应的第二冲击因子,利用第一冲击因子和 第二冲击因子获取用于描述水下爆炸强度的第三冲击因子;
强度因子获取模块,用于利用舰船的型高、型宽、板厚和惯性矩之间的映射关系,获取 用于表征舰船结构强度的强度因子;
分布图谱获取模块,用于获取第三冲击因子和强度因子的若干取值组合下舰船所对应的 损伤模式,以构建用于进行水下爆炸下舰船的损伤模式预测的分布图谱。
为实现上述目的,按照本发明的另一个方面,提供了一种终端设备,包括至少一个处理 单元、以及至少一个存储单元,其中,存储单元存储有计算机程序,当该计算机程序被处理 单元执行时,使得该处理单元执行上述方法的步骤。
为实现上述目的,按照本发明的另一个方面,提供了一种计算机可读介质其存储有可由 终端设备执行的计算机程序,当该程序在终端设备上运行时,使得该终端设备执行上述方法 的步骤。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
本发明的一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的方法及系统,其通过获取用于 表征水下爆炸产生冲击波强度和气泡脉动强度的第一冲击因子,获取用于表征气泡脉动与船 体结构的耦合效应的第二冲击因子,利用第一冲击因子和第二冲击因子获取用于描述水下爆 炸强度的第三冲击因子;利用舰船的型高、型宽、板厚和惯性矩之间的映射关系,获取用于 表征舰船结构强度的强度因子;获取第三冲击因子和强度因子的若干取值组合下舰船所对应 的损伤模式,以构建用于进行水下爆炸下舰船的损伤模式预测的分布图谱,通过合理表征水 下爆炸强度和舰船结构强度的函数变量,建立了水下爆炸作用下舰船整体损伤模式的快速判 定方法,实现通过该两种参数就能唯一确定舰船船体梁整体损伤。
本发明的一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的方法及系统,其通过表征水下 爆炸产生冲击波强度和气泡脉动强度的第一冲击因子,和表征气泡脉动与船体结构的耦合效 应的第二冲击因子,构建得到的第三冲击因子来表征舰船或船体梁的整体损伤,其区域分隔 比较明显,损伤模式交叠现象不突出,有利于对不同爆炸工况下舰船/船体梁整体损伤模式 的快速判断。
附图说明
图1为本发明技术方案的一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的方法的示意图;
图2为本发明实施例的水下爆炸点的分布示意图;
图3为本发明实施例的各计算爆点横向爆距位置的分布示意图;
图4为本发明技术方案的某型护卫舰截面形状的示意图;
图5为现有技术方案的计算结果得到的分布图谱的示意图之一;
图6为现有技术方案的计算结果得到的分布图谱的示意图之一;
图7为本发明实施例的计算结果得到的分布图谱的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发 明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用 于限定本发明。
此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲 突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
图1为本发明技术方案的一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的方法的示意图。 如图1所示,在一个实施例中,提供了一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的方法, 该方法包括:
获取用于表征水下爆炸产生冲击波强度和气泡脉动强度的第一冲击因子,获取用于表征 气泡脉动与船体结构的耦合效应的第二冲击因子,利用第一冲击因子和第二冲击因子获取用 于描述水下爆炸强度的第三冲击因子;
作为一个示例,第一冲击因子fe具体为:
Figure BDA0003095334040000071
其中,C2为基于平面波假设和结构遮挡的冲击波能量相等下获取得到的冲击波强度,γ为 用于表征气泡脉动强度的爆径比参数,W为药包质量,R为爆心与舰船的最短距离,Rmax为 气泡最大半径,D为爆炸深度,D0为大气压力水头高度。当然,考虑水下爆炸产生冲击波强 度和气泡脉动强度来构建第一冲击因子可以依据需求选择相应的映射关系,以上仅为一个示 例。
进一步的,为反映气泡脉动与船体结构耦合效应对其整体响应的影响,定义一种表征耦 合效应的因子fζ如下:
Figure BDA0003095334040000072
式中,
Figure BDA0003095334040000073
表示船体梁一阶湿模态频率FS与气泡第一次脉动频率Fb之比。当然,考虑气 泡脉动与船体结构的耦合效应来构建第二冲击因子可以依据需求选择相应的映射关系,以上 仅为一个示例。
进一步的,可利用已有数值仿真及实验结果拟合可得出
fζ=0.2624ζ2-0.72281ζ+0.84707
综合以上因素,提出一种综合考虑冲击波与气泡作用的新型冲击强度C4因子,如下式所 示:
C4=-λfelog10fζ
式中,λ为缩比尺度,用于缩比船体梁模型计算;对于实尺度船体梁或舰船,该值取1。
利用舰船的型高、型宽、板厚和惯性矩之间的映射关系,获取用于表征舰船结构强度的 强度因子;作为一个示例,强度因子S具体为:
Figure BDA0003095334040000074
其中,I为舰船船体梁典型截面惯性矩;B为船体梁型宽;H为船体梁型高;t为板厚。然,考虑舰船的型高、型宽、板厚和惯性矩之间的映射关系来构建强度因子可以依据需求选择相应的映射关系,以上仅为一个示例。
获取第三冲击因子和强度因子的若干取值组合下舰船所对应的损伤模式,以构建用于进 行水下爆炸下舰船的损伤模式预测的分布图谱。优选的,舰船所对应的损伤模式包括:
整体中拱、底部“瘦马”失效、塌底破坏、右舷塌底破坏、左舷舷侧“瘦马”失效、局部底凹变形、整体中垂损伤、整体鞭状响应、整体弹性响应、鞭状响应和整体弹性中的一种或多种。
选取典型驱护舰船和船体梁模型作为分析对象,利用Abaqus计算软件研究该类对象在 不同水下爆炸工况下的整体损伤特性和响应模式,结合已有的缩比尺度船体梁模型实验结果 进行验证,为损伤图谱研究提供数据支持。
(1)驱护舰船
建立某护卫舰、某驱逐舰有限元结构模型,并按照“水域半径为船体半宽的六倍”的原 则构建了计算模型外部流场,并将流场分为内外两层。
水下爆炸发生位置对舰船整体损伤模式具有很大影响,本项目选取典型爆炸方位进行了 研究。图2为本发明实施例的水下爆炸点的分布示意图。如图2所示,给出了水下爆炸点位 布置纵向分布示意图,图中所有爆点均位于中纵剖面,即位置点的横向坐标值均等于0。图 3为本发明实施例的各计算爆点横向爆距位置的分布示意图。如图3所示,给出了各计算爆 点横向爆距位置,其中包括攻角α取45°的工况。
为便于表达,按统一规则对工况进行标识,采用Mx-Py-Rz的形式。M表征炸药TNT当量, R表征爆距,P表征爆点,并给出以下定义:(1)P1表示爆点位于船舯正下方;(2)P2表 示爆点位于船艏L/4处;(3)P3表示爆点位于船艉L/4处;(4)P4表示爆点位于船舯、 攻角为45°(右舷)的位置。举例:MA-P3-RZ1表示炸药当量为Akg,爆点位于船艉L/4处, 爆距为Z1 m的工况。
表1列出了水下爆炸下某型护卫舰、某型驱逐舰的动态响应计算工况,两型船工况均一 致。使用ABAQUS/Explicit计算该典型爆炸工况下驱护舰船的整体损伤特性,结果如表1所 示。
表1本发明实施例的水下爆炸下驱护舰船动态响应计算工况及响应结果的示意表
Figure BDA0003095334040000081
Figure BDA0003095334040000091
Figure BDA0003095334040000101
(2)船体梁
以某型护卫舰为原型,按照典型截面总纵惯性矩和主要尺度参数相当的原则,保留主要 纵向构件,并对典型横截面适当简化,设计了梯形截面实尺度船体梁,其截面形状如图4所 示;
为便于表达,按统一规则对船体梁尺度参数进行标识,采用Lx-By-Hz-Tu的形式。以 L160-B14-H10-T0.02为例,该尺度参数组合表示:船体梁长L为160m,梁宽B为14m,梁高H为10m,平均板厚T为0.02m。表2列出了水下爆炸下典型截面船体梁的动态响应计算工况。同样,使用ABAQUS/Explicit计算该典型爆炸工况下船体梁的整体损伤特性,结果如表2所示。
表2本发明实施例的水下爆炸下船体梁动态响应计算工况及响应结果的示意表
Figure BDA0003095334040000102
Figure BDA0003095334040000111
将分别表征水下爆炸冲击强度、舰船结构强度的因子作为横、纵坐标,以前期项目研究 获得的舰船/船体梁整体损伤结果为对象,通过图的形式对其分布情况进行展示,分析坐标 变化对损伤模式分布情况的影响,力求获得一种区分度高、形象直观的模式分布规律图谱, 实现对水下爆炸下舰船/船体梁整体损伤模式的快速判断。
(1)图谱一
以背景技术中的冲击因子C3作为横坐标,结构因子S作为纵坐标,列出前期各工况下舰 船/船体梁损伤模式分布情况如图5所示,可以看出,其结构因子S大致分布在3个区间: 护卫舰结构因子约2.6,驱逐舰结构因子约1.3,船体梁(实尺度和缩比尺度)结构因子在 0.8-1.0之间。三种结构对象的结构强度因子分布比较合理,较好的体现了其抗水下爆炸冲 击损伤的能力。从横坐标来看,所有典型爆炸工况冲击因子C3的变化范围为0-1;随着C3的增大,各类结构的损伤模式基本呈现从鞭状响应到中垂损伤再到中拱损伤的变化过程,但 部分工况的损伤模式存在交叠现象,一致性分布规律不明显,初步表明仅利用冲击波强度因 子C3来表征舰船或船体梁的整体损伤,还存在一定困难。
(2)图谱二
以爆径比γ作为横坐标,结构因子S作为纵坐标,列出前期数值计算及实验工况下实 船及梁损伤模式分布情况如图6所示。
可以看出,所有典型爆炸工况的爆径比γ的变化范围为0-6。随着γ的增大,各类结 构的损伤模式基本呈现从中拱损伤到中垂损伤再到鞭状响应的变化过程。其中,当γ<0.5 时,各类结构以中拱损伤为主;当0.5<γ<2.5时,损伤模式以中垂损伤为主,包括轻微 中垂塑性损伤;当γ>2.5时,结构以鞭状响应或弹性响应为主。总体而言,利用爆径比γ 来表征舰船或船体梁的整体损伤,具有一定的合理性,其区分度比较明显,但少部分工况的 损伤模式仍存在交叠现象。例如,方形截面船体梁缩比模型实验研究中,在同样的爆径比1 下,5gTNT炸药爆炸造成梁中垂损伤,而30g和55gTNT爆炸却造成梁中拱损伤,这也表明绝 对药量对结构损伤模式的影响较大,单纯通过爆径比来判断整体损伤模式仍存在一定不足。
(3)图谱三
以本发明技术方案中的第三冲击强度因子(新型冲击强度因子C4)作为横坐标,结构因 子S作为纵坐标,列出前期数值计算及实验工况下实船及梁损伤模式分布情况如图7所示。 可以看出,所有典型爆炸工况的冲击因子C4的变化范围也为0-6。对于同类结构,随着C4的增大,其损伤模式基本呈现从鞭状响应到中垂损伤再到中拱损伤的变化过程。当C4<0.2 时,各类结构的整体损伤模式以鞭状响应为主。对于实船,当C4>1时,其整体损伤模式以 中拱损伤为主;对于船体梁(实尺度和缩比模型),中拱损伤模式对应的C4起始值变化较大, 非线性变化趋势明显;总体而言,中拱损伤模式与中垂损伤或鞭状响应的对应区域划分如图 中曲线所示。综合来看,相比于因子C3和爆径比γ,利用本发明技术方案中的冲击因子C4 来表征舰船或船体梁的整体损伤,其区域分隔比较明显,损伤模式交叠现象不突出,有利于 对不同爆炸工况下舰船/船体梁整体损伤模式的快速判断。从工程应用角度而言,该图谱具 有一定的合理性和参考应用价值。
本发明以前期研究成果为基础,针对水下爆炸强度表征问题提出了表征冲击波和气泡联 合冲击强度及气泡与舰船结构耦合效应的因子C4;针对舰船/船体梁抗总纵弯曲提出了结构 强度因子S。以不同冲击因子(表征冲击波强度的因子C3、表征爆炸气泡冲击效能的爆径比 参数γ、表征冲击波和气泡联合冲击强度的因子C4)作为横坐标,以结构强度因子作为纵坐 标,分别建立了水下爆炸作用下舰船/船体梁整体损伤模式分布的三种图谱。通过对比发现, 以冲击因子C3和结构因子S表征的损伤模式分布图(图谱一)有一定的合理性,但部分工况 的损伤模式存在交叠现象,一致性分布规律仍不明显;以爆径比γ和结构因子S表征的损 伤模式分布图(图谱二)所展现的内容直观,其区分度比较明显,但少部分工况的损伤模式 仍存在交叠现象;以冲击因子C4和结构因子S表征的损伤模式分布图(图谱三)区域分隔比 较明显,损伤模式交叠现象不突出。相比于图谱一和图谱二,图谱三更便于对不同爆炸工况 下舰船/船体梁整体损伤模式的快速判断。
在一个实施例中,提供了一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的系统,该系统 包括:
冲击因子获取模块,用于获取表征水下爆炸产生冲击波强度和气泡脉动强度的第一冲击 因子,获取用于表征气泡脉动与船体结构的耦合效应的第二冲击因子,利用第一冲击因子和 第二冲击因子获取用于描述水下爆炸强度的第三冲击因子;
强度因子获取模块,用于利用舰船的型高、型宽、板厚和惯性矩之间的映射关系,获取 用于表征舰船结构强度的强度因子;
分布图谱获取模块,用于获取第三冲击因子和强度因子的若干取值组合下舰船所对应的 损伤模式,以构建用于进行水下爆炸下舰船的损伤模式预测的分布图谱。该系统的实现原理、 技术效果与上述方法类似,在此不做累述。
与上述方法相对应地,本发明还公开了一种计算机可读介质,其存储有可由终端设备执 行的计算机程序,当程序在终端设备上运行时,使得终端设备执行上述方法的步骤。本领域 普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来 指令相关的硬件来完成,计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算 机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中 所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储 器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、 软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory, RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取 存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)等。
与上述方法相对应地,本发明还公开了一种终端设备,包括至少一个处理单元、以及至 少一个存储单元,其中,存储单元存储有计算机程序,当程序被处理单元执行时,使得上述 方法的步骤。该终端设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中,该终 端设备的处理器用于提供计算和控制能力。该终端设备的存储器包括非易失性存储介质、内 存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失 性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该终端设备的网络接口用于与外部 的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述地址坐标的挖掘方法。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离 本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点 来看,均应将实施例看作是示范性的,而且非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不 是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本 发明内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一 个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明 书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解 的其他实施方式。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本 发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发 明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的方法,其特征在于,所述方法包括:
获取用于表征水下爆炸产生冲击波强度和气泡脉动强度的第一冲击因子,获取用于表征气泡脉动与船体结构的耦合效应的第二冲击因子,利用第一冲击因子和第二冲击因子获取用于描述水下爆炸强度的第三冲击因子;
利用舰船的型高、型宽、板厚和惯性矩之间的映射关系,获取用于表征舰船结构强度的强度因子;
获取第三冲击因子和强度因子的若干取值组合下舰船所对应的损伤模式,以构建用于进行水下爆炸下舰船的损伤模式预测的分布图谱。
2.根据权利要求1所述的一种水下爆炸下舰船损伤模拟方法,其中,所述第一冲击因子fe具体为:
Figure FDA0003095334030000011
其中,C2为基于平面波假设和结构遮挡的冲击波能量相等下获取得到的冲击波强度,γ为用于表征气泡脉动强度的爆径比参数,W为药包质量,R为爆心与舰船的最短距离,Rmax为气泡最大半径,D为爆炸深度,D0为大气压力水头高度。
3.根据权利要求1所述的一种水下爆炸下舰船损伤模拟方法,其中,所述第二冲击因子fζ具体为:
Figure FDA0003095334030000012
其中,
Figure FDA0003095334030000013
表示船体梁一阶湿模态频率FS与气泡第一次脉动频率Fb之比。
4.根据权利要求1所述的一种水下爆炸下舰船损伤模拟方法,其中,所述强度因子S具体为:
Figure FDA0003095334030000014
其中,I为舰船船体梁典型截面惯性矩;B为船体梁型宽;H为船体梁型高;t为板厚。
5.根据权利要求1所述的一种水下爆炸下舰船损伤模拟方法,其中,所述利用第一冲击因子和第二冲击因子获取用于描述水下爆炸强度的第三冲击因子具体为:
C4=-λfelog10fζ
其中,C4为所述第三冲击因子,fe为所述第一冲击因子,fζ为所述第二冲击因子,λ为用于船体梁模型计算的缩比尺度。
6.根据权利要求1所述的一种水下爆炸下舰船损伤模拟方法,其中,所述舰船所对应的损伤模式包括:
整体中拱、底部“瘦马”失效、塌底破坏、右舷塌底破坏、左舷舷侧“瘦马”失效、局部底凹变形、整体中垂损伤、整体鞭状响应、整体弹性响应、鞭状响应和整体弹性中的一种或多种。
7.一种获取水下爆炸下舰船的损伤模式分布图谱的系统,其特征在于,所述系统包括:
冲击因子获取模块,用于获取表征水下爆炸产生冲击波强度和气泡脉动强度的第一冲击因子,获取用于表征气泡脉动与船体结构的耦合效应的第二冲击因子,利用第一冲击因子和第二冲击因子获取用于描述水下爆炸强度的第三冲击因子;
强度因子获取模块,用于利用舰船的型高、型宽、板厚和惯性矩之间的映射关系,获取用于表征舰船结构强度的强度因子;
分布图谱获取模块,用于获取第三冲击因子和强度因子的若干取值组合下舰船所对应的损伤模式,以构建用于进行水下爆炸下舰船的损伤模式预测的分布图谱。
8.一种终端设备,其特征在于,包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元,其中,所述存储单元存储有计算机程序,当所述程序被所述处理单元执行时,使得所述处理单元执行权利要求1~6任一权利要求所述方法的步骤。
9.一种计算机可读介质,其特征在于,其存储有可由终端设备执行的计算机程序,当所述程序在终端设备上运行时,使得所述终端设备执行权利要求1~6任一权利要求所述方法的步骤。
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