CN116305640B - 一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法，属于舱室破片毁伤技术领域。该船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法包括如下步骤：S1：获取破片的动能边界；S2：根据破片的动能边界对舱室进行工况计算分析，确定舱壁的破片毁伤效应，得到舱壁对应的破片穿透极限动能；S3：根据舱壁对应的破片穿透极限动能和战斗部参数获取该战斗部参数对应的单一舱室破片毁伤评估，引入不同的战斗部参数，建立舱室破片毁伤评估模型。本发明利用从单一毁伤评估到引入不同的战斗部参数，对从单一破片毁伤模型评判到不同战斗部的毁伤模型评判，对战斗部高速破片的毁伤威力进行评估，以便更好的掌握船舶舱室抗破片冲击性能。

Description

一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法
技术领域
本发明涉及舱室破片毁伤技术领域，具体涉及一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法。
背景技术
反舰武器穿透舰船外板在舱内爆炸，产生的破片对船舶舱室结构、设备、人员造成二次毁伤，严重影响船舶的生命周期，对于船舶来说，要求其舱室结构能够具有合理的抗破片冲击性能以及在经受破片冲击后具有即时进行恢复作业的生命力，而在现有技术中缺乏对船舶舱室结构破片损伤的评估，因此，需要建立一种对船舶舱室结构破片毁伤评估模型方法，以便更好的掌握船舶舱室抗破片冲击性能。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法，用以克服现有技术中缺乏对船舶舱室结构破片损伤评估。
本发明提出一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法，包括如下步骤：
S1：获取破片的动能边界；
S2：根据破片的动能边界对舱室进行工况计算分析，确定舱壁的破片毁伤效应，得到舱壁对应的破片穿透极限动能；
S3：根据舱壁对应的破片穿透极限动能和战斗部参数获取该战斗部参数对应的单一舱室破片毁伤评估，引入不同的战斗部参数，建立舱室破片毁伤评估模型。
进一步地，步骤S1中具体包括：根据典型战斗部参数分别计算获取破片动爆速度和破片质量分布，对破片动爆速度与破片质量分布进行分析确定破片的动能边界。
进一步地，步骤S1中根据典型战斗部参数计算获取破片动爆速度具体包括：根据典型战斗部参数通过式子计算获取破片的初始速度，其中D为战斗部爆速，γ为多方系数，σy为战斗部壳体材料的屈服应力，P0为战斗部爆轰压力，将破片初始速度加上破片在空气中的音速得到破片动爆速度。
进一步地，步骤S1中通过典型战斗部参数计算获取破片质量分布具体包括：根据典型战斗部参数通过式子计算获取破裂分布参数μ，其中A为取决于炸药的常量，A的单位为/>t0为战斗部壳体平均厚度，d1为战斗部壳体平均内直径，C为装药质量，M为壳体质量；根据破裂分布参数μ通过式子/>计算获取破片平均质量/>根据破片平均质量/>通过式子/>计算获取破片质量分布，其中N(mf)为破片质量大于mf的破片总数。
进一步地，步骤S1中对破片动爆速度与破片质量分布进行分析确定破片的动能边界具体包括：根据多个破片的动爆速度与质量分布，获取多个破片的速度分布区间与质量分布区间；对于位于质量分布区间内的各个破片，分别根据该破片对应的速度和质量计算获取该破片的动能；根据不同质量的破片对应的速度与动能，确定不同质量破片所能达到的最大动能，并根据每个破片达到的最大动能归纳出不同质量破片的最大动能边界值，根据最大动能边界值确定不同质量破片毁伤的动能边界。
进一步地，步骤S2中具体包括：
S21：对舱室进行仿真，将舱室分离并等效为多个方向的自由板；
S22：根据破片的动能边界对各个方向的自由板进行破片毁伤效应，得到破片在该方向的自由板上对应的破片穿透极限动能。
进一步地，步骤S22中具体包括：对一个方向的自由板进行破片侵彻仿真，根据破片的动能边界给破片设置位于动能边界范围内的第一动能，如果此时破片可以侵彻该方向的自由板，则给破片设置小于第一动能的第二动能，如果此时破片依然可以侵彻该方向的自由板，则继续给破片设置小于第二动能的第三动能，按照顺序依次给破片设置第一动能-第N动能，如果在给破片设置第N-1动能时破片可以侵彻该方向的自由板、在给破片设置第N动能时破片无法侵彻该方向的自由板，则将第N-1动能作为该方向的自由板上对应的穿透极限动能。
进一步地，步骤S3中具体包括：
S31：引入战斗部模型，根据战斗部模型中对应的参数计算获取战斗部爆炸壳体破裂后形成的总破片的数量和破片的平均速度，根据破片在舱室每个方向的自由板上对应的穿透极限动能和平均速度分别计算得到破片在每个方向的自由板上对应的极限质量；
S32：根据总破片的数量和破片的极限质量得到在每个方向的自由板上穿透的破片数目；
S33：根据战斗部破裂后形成的总破片的数量和在每个方向的自由板上穿透的破片数目得出在每个方向的自由板上的穿透概率，根据穿透概率确定每个方向的自由板上的毁伤评估，根据各个方向的自由板的毁伤评估总结得出该战斗部对应的单一舱室破片毁伤评估；
S34：引入不同的战斗部模型，根据不同战斗部的参数执行步骤S31至步骤S33，根据各个战斗部对应的单一舱室破片毁伤评估，建立该舱室对应的舱室破片毁伤评估模型。
进一步地，步骤S31中具体包括：根据战斗部的参数通过式子计算获取破裂分布参数μ，其中A为与炸药相关的常量，δ0为战斗部壳体壁厚，d0为战斗部壳体内径，C为装药质量，M为战斗部壳体质量；通过式子计算获取破片的平均质量/>通过式子/>计算获取破裂后形成的总破片的数量N0，其中ms为战斗部壳体质量，2μ为形成的破片的平均质量；根据战斗部对应的参数通过式子/>计算获取破片的初始速度，其中D为战斗部爆速，γ为多方系数，σy为战斗部壳体材料的屈服应力，P0为战斗部爆轰压力，将破片初速度加上破片在空气中的音速计算得到破片的平均速度/>通过式子/>计算获取破片极限质量mp。
进一步地，步骤S32中具体包括：通过式子计算获取破片质量分布，在步骤S21中将舱室分离并等效为X个方向的自由板，在X个方向的自由板上的破片数量相同，则将破片极限质量mp、破裂分布参数μ、总破片的数量N0代入/>且对破片质量分布X等分计算获取每个方向的自由板上的破片穿透的数目。
本发明的一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法有以下有益效果：
根据破片的动能边界对舱室进行工况计算分析，得到舱壁对应的破片穿透极限动能，根据舱壁对应的破片穿透极限动能和战斗部参数获取该战斗部对应的单一舱室破片毁伤评估，引入不同的战斗部参数，建立舱室破片毁伤评估模型，利用从单一毁伤评估到引入不同的战斗部参数，对从单一破片毁伤模型评判到不同战斗部的毁伤模型评判，对战斗部高速破片的毁伤威力进行评估，以便更好的掌握船舶舱室抗破片冲击性能。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法中的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法中的获取动能边界的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法中的工况计算分析的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法中的评估模型的建立的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法中的破片穿甲舱壁板毁伤效应评估的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法中的破片速度在(1500m/s-2200m/s)范围内时破片毁伤判据的判断图；
图7为本发明实施例提供的船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法中的舱室整体的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法中的甲板的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法中的纵舱壁的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法中的横舱壁的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法中的底板的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
请参阅图1-11。本发明实施例的一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法，包括如下步骤：
S1：获取破片的动能边界；
S2：根据破片的动能边界对舱室进行工况计算分析，确定舱壁的破片毁伤效应，得到舱壁对应的破片穿透极限动能；
S3：根据舱壁对应的破片穿透极限动能和战斗部参数获取该战斗部参数对应的单一舱室破片毁伤评估，引入不同的战斗部参数，建立舱室破片毁伤评估模型。
此处，首先分析战斗部爆炸破裂形成破片的过程，得到破片的动能边界，动能边界是一个具有上下限的范围值；根据破片的动能边界给破片设置动能，对舱室进行工况计算分析，对舱室进行破片毁伤效应，对毁伤进行分析，得到破片对应的破片穿透极限动能；选择一个战斗部，根据该战斗部参数和舱室的舱壁对应的破片穿透极限动能对舱室进行毁伤威力分析，得到该战斗部对应的单一舱室破片毁伤评估，引入其他不同质量的战斗部，根据每个战斗部参数和舱室的舱壁对应的破片穿透极限动能对舱室进行毁伤威力分析，得到每个战斗部对应的单一舱室破片毁伤评估，对各个战斗部对应的单一舱室破片毁伤评估进行总结，可以得到这类舱室的舱室破片毁伤评估模型。
具体的，破片毁伤评估：是指舱室在对敌作战中，遭受反舰武器攻击破坏情况下，反舰武器爆炸形成破片侵彻至舱室各个部位，评判舱室毁伤严重情况的能力。破片速度特性：破片速度分为破片平均速度与破片动爆速度，破片平均速度是根据反舰武器攻击破坏情况下，产生大质量破片速度的平均值。破片动爆速度：破片动爆速度是根据破片平均速度加上空气中传播的音速，形成在爆炸冲击下的破片具有的速度，能最大限度的还原破片作用舱室的实际情况。破片质量分布：是指反舰武器攻击破坏的情况下，爆炸产生的破片质量范围，根据此范围可把破片归为大质量破片及小质量破片，有助于合理形成舱室毁伤判据。破片平均质量：指反舰武器攻击破坏的情况下，爆炸产生的破片平均质量，利用破片平均质量有助于分析典型破片作用舱室的毁伤情况。破片动能边界：是指反舰武器攻击破坏的情况下，总结破片动爆速度与破片质量分布得到破片动能边界，破片动能边界考虑了破片的速度与质量，以破片的冲击动能评判舱室的毁伤情况，有助于破片毁伤评估模型可评判性。
步骤S1中具体包括：根据典型战斗部参数分别计算获取破片动爆速度和破片质量分布，对破片动爆速度与破片质量分布进行分析确定破片的动能边界。
具体的，典型战斗部参数即是一种战斗部对应的参数。首先根据典型战斗部参数获取破片的速度特性和质量分布；根据获取破片的速度特性和质量分布，确定破片的初始速度和破片平均质量；根据所述破片初始速度和平均质量，确定破片动爆速度与破片质量分布，并根据破片动爆速度与破片质量分布分析确定破片的动能边界。
步骤S1中根据典型战斗部参数计算获取破片动爆速度具体包括：根据典型战斗部参数通过式子计算获取破片的初始速度，其中D为战斗部爆速，γ为多方系数，σy为战斗部壳体材料的屈服应力，P0为战斗部爆轰压力，将破片初始速度加上破片在空气中的音速计算得到破片动爆速度。
具体的，根据典型战斗部参数，利用Gurney公式获取破片的速度特性根据Gurney公式可以计算出战斗部破碎时形成破片的初始速度；利用破片初始速度加上破片在空气中的音速大小，取340m/s，可得到破片的动爆速度。
步骤S1中通过典型战斗部参数计算获取破片质量分布具体包括：根据典型战斗部参数通过式子计算获取破裂分布参数μ，其中A为取决于炸药的常量，A的单位为/>t0为战斗部壳体平均厚度(m)，d1为战斗部壳体平均内直径(m)，C为装药质量(Kg)，M为壳体质量(Kg)；根据破裂分布参数μ通过式子/>计算获取破片平均质量/>根据破片平均质量/>通过式子/>计算获取破片质量分布，其中N(mf)为破片质量大于mf的破片总数。
具体的，根据典型战斗部参数，利用Mott公式获取破片质量分布，确定破片平均质量：利用Mott公式计算获取破裂分布参数μ，利用Mott公式/>计算获取战斗部破碎时形成破片的平均质量/>利用Mott公式计算获取破片质量分布。
参见图2，步骤S1中对破片动爆速度与破片质量分布进行分析确定破片的动能边界具体包括：根据多个破片的动爆速度与质量分布，获取多个破片的速度分布区间与质量分布区间；对于位于质量分布区间内的各个破片，分别根据该破片对应的速度和质量计算获取该破片的动能；根据不同质量的破片对应的速度与动能，确定不同质量破片所能达到的最大动能，并根据每个破片达到的最大动能归纳出不同质量破片的最大动能边界值，根据最大动能边界值确定不同质量破片毁伤的动能边界。
步骤S2中具体包括：
S21：对舱室进行仿真，将舱室分离并等效为多个方向的自由板；
S22：根据破片的动能边界对各个方向的自由板进行破片毁伤效应，得到破片在该方向的自由板上对应的破片穿透极限动能。
具体的，参见图3、7-11，根据破片毁伤边界，利用LS-DYNA仿真软件进行工况计算分析，对舱室进行仿真，将舱室分离等效为6个方向的自由板，分别处于甲板方向、横舱壁方向、纵舱壁方向、底板方向。对六个方向的自由面板进行破片毁伤效应，确定每个面动能边界，进行系列毁伤分析。本发明提供了一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型，利用ANSYS、LS-DYNA等商业软件进行分析处理，建立对应的信息处理，预测对应的深度信息和关键点信息，为进一步提高增强现实破片毁伤模型的准确性和高效性提供了新思路
步骤S22中具体包括：对一个方向的自由板进行破片侵彻仿真，根据破片的动能边界给破片设置位于动能边界范围内的第一动能，如果此时破片可以侵彻该方向的自由板，则给破片设置小于第一动能的第二动能，如果此时破片依然可以侵彻该方向的自由板，则继续给破片设置小于第二动能的第三动能，按照顺序依次给破片设置第一动能-第N动能，如果在给破片设置第N-1动能时破片可以侵彻该方向的自由板、在给破片设置第N动能时破片无法侵彻该方向的自由板，则将第N-1动能作为该方向的自由板上对应的穿透极限动能。
具体的，分别给破片依次设置第一动能、第二动能…第N-1动能、第N动能，第一动能、第二动能…第N-1动能、第N动能均在破片的动能边界内，第一动能、第二动能…第N-1动能、第N动能依次减小，且任意两个相邻的动能之间的差值相等，即从第一动能至第N动能，每次给破片设置的动能均下降相同的数值。
具体的，首先分析舱壁板毁伤效应，破片是否可以侵彻舱壁有两条线路，第一是满足在瞬时速度大于该最小侵蚀速度可以判断，适用于小质量破片；第二是破片动能大于该层舱壁对应的动态变形功，适用一定范围区域破片。两个只要满足一个就可以侵彻舱壁。
具体的，战斗部爆炸产生破片具有初速度vf0，破片因在空气中飞行一段距离再接触到板材，在这个过程中速度会出现衰减。判断破片与舱壁接触的瞬时速度vfi与最小侵蚀速度的大小关系。当瞬时速度大于最小侵蚀速度，即可判定为穿透舱壁，反之即判定为不可穿透舱壁。计算破片穿透舱壁后的剩余速度vfi，破片将继续重复空气中运动速度衰减到接触舱壁一系列的速度判定，直至判定出为不可穿透舱壁。
具体的，根据破片的接触速度判断破片是否可以侵彻舱壁，此时破片穿甲舱壁板毁伤效应评估的主要流程如图5所示。破片速度随飞行距离的衰减表达式：其中vfi为接触瞬时速度，vfi的单位为m/s；vfri为穿透舱壁后剩余速度，且vfr0＝vf0(即初始速度)，vfri的单位为m/s；α为破片速度衰减系数，/>其中CD为空气阻力系数，ρa为空气密度，S为破片迎风面积，S的单位为m2，mf为破片质量；di为破片飞行的距离，di的单位为m。根据式子/>计算靶板的最小侵蚀速度，其中vfmin为靶板最小侵蚀速度，vfmin的单位为m/s，mf为破片质量，mf的单位为g，t为靶板厚度，t的单位为mm。根据式子/>计算舱壁穿透后的剩余速度，其中vfi为接触速度，vfi的单位为m/s，vfri为穿透舱壁后剩余速度，vfri的单位为m/s，mf为破片质量，mf的单位为g，t为靶板厚度，t的单位为mm。即在对舱室进行仿真、破片的质量小于预设质量时，根据战斗部参数可以计算出战斗部爆炸产生的破片的初始速度，在破片从初始位置运动至第一层板的过程中，破片速度逐渐衰减，计算出接触第一层板的第一瞬时接触速度，根据第一层板的厚度计算出该板对应的最小侵蚀速度，如果第一瞬时接触速度大于第一层板对应的最小侵蚀速度，则可以判断出此时破片可以侵彻第一层板，在破片穿透第一层板后计算出破片的第一剩余速度，破片从第一层板运动至第二层板的过程中速度逐渐衰减，计算出接触第二层板的第二瞬时接触速度，根据第二层板的厚度计算出该板读音的最小侵蚀速度，如果第二瞬时接触速度小于第二层板对应的最小侵蚀速度，则可以判断出此时破片无法侵彻第二层板。
具体的，根据破片动能大于该层舱壁对应的动态变形功判断破片是否可以侵彻舱壁，随后分析战斗部的打击纵深，对于破片打击纵深的分析，实际上是破片的终点弹道分析，本申请主要关心的是在已知舱室结构情况下，其最大飞行距离和所穿透舱壁的层数。由于破片质量小，速度高，其对舱壁的穿甲破坏模式一般不是花瓣型，而是冲塞型。破片依靠自身动能侵彻舱壁，穿透与否取决于破片动能是否大于舱壁动态变形功，即Ef·k≥K1Sftbσb，其中Ef·k为破片动能，K1为比例系数，K1为与舱壁材料和侵彻速度有关的常量，Sf为破片侵彻接触面积，tb为舱壁板厚，σb为舱壁材料的临界应力。对于材料为低碳钢的舱室钢板，将相关参数代入并考虑偏安全的正穿甲情况，便可得到破片侵彻舱壁板的最大厚度公式：/>其中δmax为最大侵彻厚度，vf为破片侵彻速度。实际破片侵彻舱室钢板，其动能往往能够穿透几层舱壁，所以在已知舱壁厚度的情况下，反推上式可得穿透舱壁板最小的破片侵彻速度公式其中δ为舱壁厚度，ms：为破片质量。再根据破片侵彻前后能量守恒，并假设破片质量保持不变，则可以推导出破片穿透舱壁后的剩余速度： 破片打击纵深的计算主要由两部分组成，即破片飞行速度衰减和破片侵彻舱壁。利用上述这两个过程的推导公式，循环计算与判断就可以得到破片飞行的最大距离，被穿透舱壁的最大层数和厚度。在对舱室进行仿真、战斗部破裂形成一定范围区域破片，在破片接触第一层板时，首先获取破片的第一破片动能，计算出第一层板对应的第一动态变形功，判断第一破片动能是否大于第一层板对应的第一动态变形功，如果第一破片动能大于第一层板对应的第一动态变形功，则破片可以侵彻第一层板，根据破片的破片动能和质量计算出第一破片侵彻速度，根据破片侵彻速度和破片质量计算出破片侵彻第一层板的最大厚度，从而可以计算出破片穿透第一层板对应的第一最小破片侵彻速度，根据第一最小破片侵彻速度、破片质量计算出破片穿透第一层板后的第一剩余速度，根据第一剩余速度和破片质量计算出破片的第二破片动能，计算出第二层板对应的第二动态变形功，判断第二破片动能是否大于第二层板对应的第二动态变形功，如果第二破片动能小于第二层板对应的第二动态变形功，则破片无法侵彻第二层板。通过软件对舱室进行仿真，对舱室进行工况计算分析，具体的侵彻分析是软件上面进行，通过上述两条线路判断破片是否可以侵彻舱壁。
具体的，参见图7-11，利用LS-DYNA软件对舱室离散自由面进行仿真分析，舱室尺寸为：舱段长度23m(X轴向)，舱室宽度33m(Y轴向)，舱室高度14m(Z轴向)。将舱室等效为6个方向的自由板，其中位于甲板的一个、位于纵舱壁的两个、位于横舱壁的两个、位于底板的一个。如下图所示为典型破片参数信息，其中A为系数，A对于不同的炸药装药具有不同的取值，TNT装药取值为A＝0.42(g·Cm-3)1/2，δ0为战斗部壳体壁厚，δ0的单位为m，d0为战斗部壳体内径，d0的单位为m，C为装药质量，C的单位为kg，M为战斗部壳体质量，M的单位为kg。
典型破片参数信息
具体的，统计不同动能下的破片侵彻情况，确定不同方向的极限穿透动能，建立了如下图所示的基于各个板的极限动能快速评估表。
基于破片能量侵彻板评估表
根据破片舱室穿甲的情况，各个面板分为被击穿和未被击穿两种，以此作为破片毁伤的表征参量。根据不同能量下破片的动能，可得出每块板的破片穿透极限动能，参见图所示，甲板方向上的破片穿透极限动能为60.5kJ，横舱壁方向上的破片穿透极限动能为15kJ，纵舱壁方向上的破片穿透极限动能为45kJ，底板方向上破片极限穿透动能为47.5kJ，如图下图所示。
破片穿透极限动能
根据各个方向上破片穿透的极限动能，当破片速度在(1500m/s-2200m/s)范围内时，可得破片毁伤判据如6图所示。
参见图4，步骤S3中具体包括：
S31：引入战斗部模型，根据战斗部模型中对应的参数计算获取战斗部爆炸壳体破裂后形成的总破片的数量和破片的平均速度，根据破片在舱室每个方向的自由板上对应的穿透极限动能和平均速度分别计算得到破片在每个方向的自由板上对应的极限质量；
S32：根据总破片的数量和破片的极限质量得到在每个方向的自由板上穿透的破片数目；
S33：根据战斗部破裂后形成的总破片的数量和在每个方向的自由板上穿透的破片数目得出在每个方向的自由板上的穿透概率，根据穿透概率确定每个方向的自由板上的毁伤评估，根据各个方向的自由板的毁伤评估总结得出该战斗部对应的单一舱室破片毁伤评估；
S34：引入不同的战斗部模型，根据不同战斗部的参数执行步骤S31至步骤S33，根据各个战斗部对应的单一舱室破片毁伤评估，建立该舱室对应的舱室破片毁伤评估模型。
具体的，根据离散自由面破片毁伤效应分析，确定单一破片穿透概率，并总结出单一破片舱室毁伤评估，建立舱室破片快速评估模型。破片毁伤快速评估模型一般用于结合多种破片动能边界指标，即结合多种破片的动爆速度与质量分布情况，从不同的方向考虑舱室毁伤情况。
步骤S31中具体包括：根据战斗部的参数通过式子计算获取破裂分布参数μ，其中A为与炸药相关的常量，δ0为战斗部壳体壁厚，d0为战斗部壳体内径，C为装药质量，M为战斗部壳体质量；通过式子/>计算获取破片的平均质量通过式子/>计算获取破裂后形成的总破片的数量N0，其中ms为战斗部壳体质量，2μ为形成的破片的平均质量；根据战斗部对应的参数通过式子计算获取破片的初始速度，其中D为战斗部爆速，γ为多方系数，σy为战斗部壳体材料的屈服应力，P0为战斗部爆轰压力，将破片初速度加上破片在空气中的音速计算得到破片的平均速度/>通过式子/>计算获取破片极限质量mp。
步骤S32中具体包括：通过式子计算获取破片质量分布，在步骤S21中将舱室分离并等效为X个方向的自由板，在X个方向的自由板上的破片数量相同，则将破片极限质量mp、破裂分布参数μ、总破片的数量N0代入/>且对破片质量分布X等分计算获取每个方向的自由板上的破片穿透的数目。
具体的，在破片毁伤元的基础上，进一步考虑战斗部模型，采用不同质量的战斗部，先根据Mott公式可以计算出爆炸产生的破片的破裂分布参数μ：再根据Mott公式计算得到破片的平均质量：/>根据所得破片平均质量，计算出战斗部爆炸壳体碎裂后形成的破片的数量为：/>然后根据总破片数量，由于战斗部爆炸后破片向四周分散，依据Mott公式破片质量与数目分布为：经过研究发现，可以假设破片呈球形均匀分布，且不考虑破片在空气中的速度衰减，即得到战斗部在爆炸后产生的破片在各个方向概率都相同。假设分散到六个面的破片数量一致，则对于各个方向破片的数目为总数目的1/6。随后根据破片穿透各个方向板的极限动能得到破片极限质量：/>代入/>得到质量大于mp的破片数量，即为穿透某个方向上板的破片数量，即得到破片穿透某个方向上的破片数目为：/>由此，对各个方向上的破片利用Mott公式进行计算，得出破片位于不同方向上的穿透概率。确定6个自由面上的毁伤评估，最终总结单一舱室破片毁伤评估，根据上述步骤方法，引入不同战斗部参数，建立某一类舱室破片毁伤评估模型。而对于单一类型的舱室或者某一类型战斗部，可以根据流程计算结果进行快速评估。本发明技术方案，利用对破片穿甲舱壁板评估与战斗部的打击纵深，对船舶舱室结构破片毁伤效应进行有效的评估，其次结合LS-DYNA软件计算效验数据合理性，以便整体把握舱室破片毁伤情况。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本申请的描述中，指示的方位或位置关系的术语“上端”、“下端”、“底端”为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：获取破片的动能边界；
S2：根据破片的动能边界对舱室进行工况计算分析，确定舱壁的破片毁伤效应，得到舱壁对应的破片穿透极限动能；
S3：根据舱壁对应的破片穿透极限动能和战斗部参数获取该战斗部参数对应的单一舱室破片毁伤评估，引入不同的战斗部参数，建立舱室破片毁伤评估模型；
步骤S1中具体包括：根据典型战斗部参数分别计算获取破片动爆速度和破片质量分布，对破片动爆速度与破片质量分布进行分析确定破片的动能边界；
步骤S1中对破片动爆速度与破片质量分布进行分析确定破片的动能边界具体包括：根据多个破片的动爆速度与质量分布，获取多个破片的速度分布区间与质量分布区间；对于位于质量分布区间内的各个破片，分别根据该破片对应的速度和质量计算获取该破片的动能；根据不同质量的破片对应的速度与动能，确定不同质量破片所能达到的最大动能，并根据每个破片达到的最大动能归纳出不同质量破片的最大动能边界值，根据最大动能边界值确定不同质量破片毁伤的动能边界；
步骤S2中具体包括：
S21：对舱室进行仿真，将舱室分离并等效为多个方向的自由板；
S22：根据破片的动能边界对各个方向的自由板进行破片毁伤效应，得到破片在该方向的自由板上对应的破片穿透极限动能；
步骤S3中具体包括：
S31：引入战斗部模型，根据战斗部模型中对应的参数计算获取战斗部爆炸壳体破裂后形成的总破片的数量和破片的平均速度，根据破片在舱室每个方向的自由板上对应的穿透极限动能和平均速度分别计算得到破片在每个方向的自由板上对应的极限质量；
S32：根据总破片的数量和破片的极限质量得到在每个方向的自由板上穿透的破片数目；
S33：根据战斗部破裂后形成的总破片的数量和在每个方向的自由板上穿透的破片数目得出在每个方向的自由板上的穿透概率，根据穿透概率确定每个方向的自由板上的毁伤评估，根据各个方向的自由板的毁伤评估总结得出该战斗部对应的单一舱室破片毁伤评估；
S34：引入不同的战斗部模型，根据不同战斗部的参数执行步骤S31至步骤S33，根据各个战斗部对应的单一舱室破片毁伤评估，建立该舱室对应的舱室破片毁伤评估模型。
2.如权利要求1所述的一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法，其特征在于，步骤S1中根据典型战斗部参数计算获取破片动爆速度具体包括：根据典型战斗部参数通过式子计算获取破片的初始速度，其中D为战斗部爆速，γ为多方系数，σy为战斗部壳体材料的屈服应力，P0为战斗部爆轰压力，将破片初始速度加上破片在空气中的音速计算得到破片动爆速度。
3.如权利要求1或2所述的一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法，其特征在于，步骤S1中通过典型战斗部参数计算获取破片质量分布具体包括：根据典型战斗部参数通过式子计算获取破裂分布参数μ，其中A为取决于炸药的常量，A的单位为/>t0为战斗部壳体平均厚度，d1为战斗部壳体平均内直径，C为装药质量，M为壳体质量；根据破裂分布参数μ通过式子/>计算获取破片平均质量根据破片平均质量/>通过式子/>计算获取破片质量分布，其中N(mf)为破片质量大于mf的破片总数。
4.如权利要求1所述的一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法，其特征在于，步骤S22中具体包括：对一个方向的自由板进行破片侵彻仿真，根据破片的动能边界给破片设置位于动能边界范围内的第一动能，如果此时破片可以侵彻该方向的自由板，则给破片设置小于第一动能的第二动能，如果此时破片依然可以侵彻该方向的自由板，则继续给破片设置小于第二动能的第三动能，按照顺序依次给破片设置第一动能-第N动能，如果在给破片设置第N-1动能时破片可以侵彻该方向的自由板、在给破片设置第N动能时破片无法侵彻该方向的自由板，则将第N-1动能作为该方向的自由板上对应的穿透极限动能。
5.如权利要求1所述的一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法，其特征在于，步骤S31中具体包括：根据战斗部的参数通过式子计算获取破裂分布参数μ，其中A为与炸药相关的常量，δ0为战斗部壳体壁厚，d0为战斗部壳体内径，C为装药质量，M为战斗部壳体质量；通过式子/>计算获取破片的平均质量/>通过式子计算获取破裂后形成的总破片的数量N0，其中ms为战斗部壳体质量，2μ为形成的破片的平均质量；根据战斗部对应的参数通过式子计算获取破片的初始速度，其中D为战斗部爆速，γ为多方系数，σy为战斗部壳体材料的屈服应力，P0为战斗部爆轰压力，将破片初速度加上破片在空气中的音速计算得到破片的平均速度/>通过式子/>计算获取破片极限质量mp。
6.如权利要求5所述的一种船舶舱室结构破片毁伤评估模型建立方法，其特征在于，步骤S32中具体包括：通过式子计算获取破片质量分布，在步骤S21中将舱室分离并等效为X个方向的自由板，在X个方向的自由板上的破片数量相同，则将破片极限质量mp、破裂分布参数/>总破片的数量N0代入/>且对破片质量分布X等分计算获取每个方向的自由板上的破片穿透的数目。
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