艦載設(shè)備是艦船在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中不可或缺的重要功能部分,在水下爆炸下會產(chǎn)生復(fù)雜的沖擊動響應(yīng)。為保證正常使用,在設(shè)計之初就需要確保設(shè)備滿足相應(yīng)的抗沖擊要求。而沖擊環(huán)境可以為設(shè)備的抗沖擊設(shè)計、考核等提供依據(jù),所以艦船沖擊環(huán)境特性研究是提升艦船設(shè)備抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)水平、提高艦船整體抗爆抗沖擊能力的基礎(chǔ)。鑒于我國目前艦船抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)主要來自于國外,制訂標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)基礎(chǔ)和準(zhǔn)則不甚清楚,因此對于艦船的實際抗沖擊能力并不清楚。通過研究不同船型、不同質(zhì)量和安裝頻率設(shè)備在水下爆炸條件下的沖擊環(huán)境特征,尋找并驗證水下爆炸載荷與沖擊環(huán)境之間的關(guān)系,具有重要的理論和實際意義。本文以二階雙重漸進(jìn)近似方法(DAA_2方法)為基礎(chǔ),用振子模擬設(shè)備的安裝,將計算得到的沖擊響應(yīng)轉(zhuǎn)化成沖擊環(huán)境,分別從安裝區(qū)域、船型、設(shè)備質(zhì)量及頻率特征等角度出發(fā),分析沖擊環(huán)境在這些因素影響下的分布和變化規(guī)律,具體研究方法和內(nèi)容如下:(1)以實船試驗為基準(zhǔn),開展了DAA方法中的主要阻尼參數(shù)對計算結(jié)果的影響研究,得到了合理的阻尼參數(shù)組合,使計算的典型安裝位置處沖擊動響應(yīng)結(jié)果與試驗相吻合,明確了相關(guān)參數(shù)對計算結(jié)果的影響,為下一步工作做好鋪墊。(2)開展了水下爆炸下水面船沖擊環(huán)境特征研究,針對不同的沖擊環(huán)境影響因素開展多種工況的計算,將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、總結(jié),發(fā)掘不同參數(shù)之間的耦合效應(yīng),進(jìn)行安裝位置、船型大小、設(shè)備質(zhì)量單獨作用及耦合作用下沖擊環(huán)境的計算,得到了沖擊環(huán)境在眾多影響因素下的規(guī)律。(3)將沖擊譜和機(jī)械阻抗理論相結(jié)合,根據(jù)阻尼在穩(wěn)態(tài)振動和沖擊譜中共振頻率處響應(yīng)放大效應(yīng)方面的不同影響,提出了“沖擊阻抗”的定義,并對不同設(shè)備和基座的“沖擊阻抗”進(jìn)行了計算,得到了全船模型的“沖擊阻抗”特性,解釋了沖擊環(huán)境在復(fù)雜輸入狀態(tài)下的特征;以“沖擊阻抗”分析了不同質(zhì)量設(shè)備引起的沖擊環(huán)境折減規(guī)律,對比國內(nèi)外沖擊計算標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,指出了標(biāo)準(zhǔn)中折減方法的局限性。本文的工作探明了水下爆炸下水面船沖擊環(huán)境的特性,提出的“沖擊阻抗”可用于描述沖擊環(huán)境特征和設(shè)備質(zhì)量引起的沖擊響應(yīng)折減,為艦船設(shè)備抗沖擊設(shè)計提供了技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：中國艦船研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U674.7
【部分圖文】：

中國艦船研究院碩士學(xué)位論文于水中聲速，沖擊波快速地呈向外傳播，壓力呈指數(shù)衰減，當(dāng)沖擊波壓力衰減的時候，其速度衰減到聲速繼續(xù)向前傳播。氣體物質(zhì)產(chǎn)生的氣泡在爆轟完成后力比周圍流體的壓力大很多，氣泡不斷膨脹。當(dāng)氣泡膨脹到內(nèi)部壓力等于外部，氣泡膨脹速度達(dá)到峰值。接著，由于外部流體向外擴(kuò)散的慣性，使得氣泡繼續(xù)內(nèi)部的壓力小于外部流場的壓力，壓力波開始出現(xiàn)負(fù)值，直到流體向外擴(kuò)撒的畢，此時氣泡體積達(dá)到最大值，氣泡內(nèi)部壓力最低。這時，由于周圍流體的勢，在其壓縮下，氣泡開始收縮，內(nèi)部壓力又開始變大。當(dāng)氣泡內(nèi)的壓力再次等的靜壓力時，氣泡收縮速度達(dá)到最大值。然后，周圍流體在慣性作用下繼續(xù)壓氣泡內(nèi)壓力升高到最大值，既氣泡脈動壓力的峰值。如果氣泡未破碎，再膨脹再反復(fù)，形成氣泡的脈動壓力。同時氣泡在水中浮力作用下，在脈動的過程中向直至達(dá)到自由面破裂，如圖 1.1 所示。

圖 1.2 水下爆炸現(xiàn)象[16]下爆炸所產(chǎn)生的能量主要由沖擊波和氣泡脈動所攜帶。一次水下爆炸發(fā)生后占有 53%的能量，而氣泡占有 47%。在傳播過程中，沖擊波損失約 20%的能成結(jié)構(gòu)物的損傷；而氣泡第一次膨脹、收縮過程損失約 13%的能量，有 17%泡被壓到最小時散失，剩下的用于產(chǎn)生第二次的壓力波。沖擊波最初以超音距的增加沖擊波壓力逐漸減小，其傳播速度逐漸下降到了水中聲速（汪俊前，沖擊波能量和沖量的計算還基本使用 Cole（1960）[14]的經(jīng)驗公式，有的式系數(shù)雖有所不同，但相差不大。不過，氣泡脈動載荷的作用，不同學(xué)者得卻不盡相同（Miller，1994）[18]。張效慈（1997）[15]和李玉節(jié)等（2001）[13]考和自由面效應(yīng)，將 Cole 的經(jīng)典水下爆炸氣泡理論進(jìn)行了的相應(yīng)的擴(kuò)展。 沖擊環(huán)境及沖擊譜

圖 1.3 沖擊譜計算模型示意圖i 振子絕對位移為 ( )iy t ，相對位移為 ( )ix t 程為：2( ) [ ( ) ( )] 0iy t y t z t (1.9)，得到相對運動方程：2( ) ( ) ( )i i ix t x t z t條件為 x 0 x 0 0，則式(1.10)可解得 01sinti iix t z t d 即為圓頻率i 的振子的位移譜值
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本文編號：2870654