国外潜艇抗水下非接触爆炸研究概述
国外舰载设备抗冲击考核研究方法概述
国外舰载设备抗冲击考核研究方法概述摘要:舰艇在水下非接触爆炸中,舰载设备的抗冲击能力最弱,各海军强国十分重视舰载设备抗冲击考核研究工作。
目前国外对舰载设备的考核研究主要通过冲击机试验、浮动冲击平台试验、仿真计算实验及实船爆炸试验四种方式进行。
本文对国外舰载设备的抗冲击考核研究方法进行归纳总结,对国内开展舰载设备的抗冲击考核研究提供参考。
关键词:水下爆炸舰载设备抗冲击舰艇作为现代海战的主要作战平台,很容易受到敌方攻击。
从二次世界大战起以美国为首的西方国家进行了大量的舰艇抗冲击试验[2-4]。
美国海军对舰载设备抗冲击有明确要求,MIL-S-901系列军用规范规定凡小于181吨的舰载设备都要进行抗冲击考核,大于181吨的舰载设备则进行仿真计算考核,合格后才能装舰使用。
目前国外对舰载设备的考核研究主要使用冲击机试验、浮动冲击平台试验、仿真计算实验及实船爆炸试验四种方式进行。
1 冲击机试验方法水下爆炸对舰载设备的冲击环境与冲击机对舰载设备的冲击环境严格来说差别较大,但由于水下爆炸试验存在试验成本高、安全性差、对环境损害大、试验条件要求高等问题。
陆上冲击机试验不仅能克服上述缺点,同时还有冲击载荷加载准确、试验重复性好,试验组织实施难度小、数据测量采集方便等优点,因此国外对中小型舰载设备的冲击考核研究主要通过陆上冲击机试验的方法进行。
舰载设备冲击机按试验时能承重的设备重量分可分为轻量级击机(LWSM)、中量级冲击试验机(MWSM)、重量级冲击试验机(HWSM)。
根据MIL-S-901C要求,质量少于113kg的设备通过轻量级击机进行考核,质量大于113kg小于2043kg的设备通过中量级冲击试验机进行考核,质量大于113kg小于5000kg的设备通过重量级冲击试验机进行考核。
同时舰载设备冲击机按试验中冲击作用形式还可分为摆锤、落锤式、液压式冲击机等。
2 浮动冲击平台试验冲击机试验虽然操作简便,重复性好等优点,但作用于被设备中的冲击环境与实际水下爆炸作用有差别较大,再加上在冲击机上可试验的设备质量受限,国外对大中型设备的冲击设备大都通过浮动冲击平台进行试验。
水面舰艇舷侧抗冲击防护结构形式初探
水面舰艇舷侧抗冲击防护结构形式初探李青;吴广明【摘要】利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA和ABAQUS对水面舰艇舷侧抗冲击防护结构形式进行了探讨.分别对传统单壳舷侧结构;双层舷侧结构;双层舷侧结构,舷侧边舱灌满水;双层舷侧结构,舷侧边舱注入一半水;Y型舣层舷侧结构共5种结构的抗远场水下非接触爆炸性能进行了对比计算分析.比较分析了这5种舷侧结构舰体及内部结构的加速度、速度及应力响应数值.研究表明,在远场水下非接触爆炸条件下,双壳结构的抗冲击性能比起传统单壳舷侧结构有很大的改善,而Y型双层舷侧结构的抗冲击性能则明显优于这两种结构.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2008(003)003【总页数】4页(P26-29)【关键词】水下非接触爆炸;双层舷侧结构;Y型舷侧结构;抗冲击性能【作者】李青;吴广明【作者单位】中国舰船研究设计中心,上海,201102;中国舰船研究设计中心,上海,201102【正文语种】中文【中图分类】U663.31 引言众所周知，舰艇不仅要有较强的作战能力，同时要有相应的生存能力，特别是在遭到敌方攻击时能够继续完成既定使命任务的能力。
舰艇设置防护结构的目的就是为了有效地抵御各种战术武器的攻击，保证舰艇在受到各种武器攻击时所产生的破损或毁坏程度能控制在允许的状态和范围内，从而提高舰艇的生存和作战能力。
为了提高水面舰艇的作战生命力，各国海军都在致力于这方面的研究，如改变舷侧结构的尺寸、在钢板上敷设复合材料等。
但是针对大型水面舰艇，除此之外，还在舷侧设置了多层隔舱来实现防护目的。
在作战过程中，舰体的舷侧结构是相对薄弱的环节，如遭受水下武器近距离攻击时，会导致舷侧结构局部塑性变形或者是根本性的破损；如是远距离攻击，也要遭受到水下爆炸物冲击波的作用，舰体会产生剧烈振动，使舰用设备不能处于准确的工作状态中，严重的情况下会使重要设备完全失效。
水下舷侧防护结构向来是水面舰艇防护结构的重点，二次大战期间海军强国曾对其做过系列研究[1]，由于保密的原因，该方面文献极少。
基于ABAQUS的近距水下爆炸对舰艇的冲击响应研究
基于ABAQUS的近距水下爆炸对舰艇的冲击响应研究焦安龙;贾则;陈高杰【摘要】舰艇非接触水下爆炸冲击响应是一个重要而复杂的问题,对舰艇结构和设备抗爆抗冲击的研究有着重要的意义.运用有限元程序ABAQUS对舰艇在近距离非接触水下爆炸作用下的冲击响应进行了数值仿真,详细给出舰艇冲击响应的结果,由此获得舰艇结构的应力响应、加速度响应和速度响应的规律,为实船抗冲击试验奠定了理论基础.数值仿真所得舰艇响应规律与实际计算分析情况基本相符,为舰艇抗爆结构设计提供参考.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(023)010【总页数】4页(P179-181,185)【关键词】水下爆炸;ABAQUS;声-固耦合;冲击响应;数值模拟【作者】焦安龙;贾则;陈高杰【作者单位】中国人民解放军91439部队辽宁大连 116041;中国人民解放军91439部队辽宁大连 116041;中国人民解放军91439部队辽宁大连 116041【正文语种】中文【中图分类】TN302随着水中兵器的发展，水下爆炸的当量、冲击持续作用时间及冲击波强度明显增强，水下爆炸载荷对舰艇结构的直接破坏作用越来越大，直接威胁着舰艇的作战能力和生命力，所以提高舰艇的抗冲击性能成为一项迫切的任务。
炸药在水中爆炸后会产生冲击波，冲击波作用时间短，但压力幅值极大，往往能使舰船产生严重变形甚至破损[1-3]。
研究舰艇在水下爆炸冲击波作用下的动态响应对提高舰艇的抗爆性能具有重要意义。
近年来，由于计算机硬件和软件的高速发展，在研究水下爆炸问题时数值计算方法得到越来越多的应用，许多学者对于船舶在水下爆炸作用下的冲击响应进行了数值模拟研究。
2003年，张振华、朱锡、冯刚等提供了一个利用MSC/DYTRAN和FORTRAN联合使用数值模拟水面船舶在远距离水下爆炸载荷作用下动力响应方法[4]。
同年，姚熊亮、侯健、王玉红等利用ANSYS/LS-DYNA计算了船体在不同炸药当量、起爆位置、有限元网格划分时的冲击环境，分析了船体在不同工况下的冲击响应[5]。
非接触水下爆炸下舰船冲击环境的不确定度量化-梁霄
Abstract: ［Objectives］To identify and quantify uncertain factors in the modeling and simulation of ships suffering a non-contact underwater explosion, the influence of high dimensional random variables on the output of the system is studied.［Methods］Following statistical characteristics and engineering knowledge, the normal distribution log is used to describe uncertain physical quantity, and Beta distribution is utilized to depict uncertain empirical parameters. Rosenblatt transformation is explored to transform these correlated random variables into Gaussian variables, satisfying identical and independent distribution. There are a variety of uncertain factors due to the complexity of the model. The computational efficiency is greatly improved when homogeneous Wiener chaos with quadratic adaptive basis function is used to tackle improbability propagation of these input uncertainties. Concerns over a spring device in the deck, expectation, standard deviation, confidence interval, and the probability density function of the quantity of impulsive is presented via the proposed method.［Results］Oscillation of the ship always exists after the arrival of a shock wave. The oscillation of the standard deviation is much more forceful than the mean value. ［Conclusions］The result can be used to predict the impact of a detonation and provide guidance for the reinforcement ability of the ship. Key words: adaptive basis function；uncertainty quantification；non-contact underwater explosion；unitary transformation；Rosenblatt transformation；homogeneous Wiener chaos
非接触水下爆炸作用下舰船动态响应研究
价 值 工 程
时间 （ ｍ ｓ ）
图 ４ 舰船冲击响应信 号的 ｔ Ｉ Ｉ ｔ Ｔ变换
爆炸攻 击， 计算工况如图 ２ 所 示。
船体 …一 药 图 ２ 舰 船 水 下 爆 炸 工 况 示意 图
舰船结构发生振 动， 从 而 导 致 结 构 会 产 生 一 定 的加 速
摘要 ： 淡水资源短缺 已成为一个世界性 问题 ， 太阳能海水淡化技术是有 效解 决淡水危机 的根本措施之一。 对多种太 阳能海水淡化 技术的 困境和发展进行 了综述 ， 简述了近年开发的太 阳能海水淡化 的新 系统 ， 分析其原 因， 指出与常规海水淡化技术结合是 未来太阳 能海水淡化技 术的发展 方向， 前景广阔。
常泽辉①Ｃ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｚ ｅ — ｈ ｕ ｉ ； 侯静②Ｈ Ｏ Ｕ Ｊ ｉ ｎ ｇ ； ￣
ＷＥ Ｎ Ｗｅ ｎ
（ ① 内蒙古工业大学能源与动力工程学院， 呼和 浩特 ０ １ ０ ０ ５ １ ； ② 内蒙古建筑职业技术学院机 电与暖ｉ ＳＴ程学院 ， 呼和浩特 ０ １ ０ ０ ７ ０ ｌ
耦合作 用的影响 ， 图 ３为计算工况下舰船外底板 正中心位
中 频 段 反 应 也较 小 ， 余 量 并 不 是 分解 出来 的 信 号 ， 它 代 置（ 坐标 为 （ ８ ０ ， ０ ， ０） ） ， 水 下爆 炸压 力含 有 丰 富的频 率 成 应 ， 分， 冲击波 的能量主要作 用在 中高频嗍 ， 气泡膨 胀产生 的 表 了整 个信 号 的 变化 趋 势 ，而 是 不 能再 进 行 ＥＭＤ 分 解 的 个 残 余 量嘲， 只 有在 低 频 段 有 所 反 应 ， 这 与 气泡 脉 动 低 频 气 泡脉 动压 力 的 能 量 以低 频 为 主。 舰 船 结 构 振 动 过 程 比较
水下非接触爆炸中谱跌效应对设备破坏的影响分析
水下非接触爆炸中谱跌效应对设备破坏的影响分析于博洋;闫明;张磊;计晨【摘要】弹性安装的舰载设备在受到水下非接触爆炸冲击时产生的谱跌效应会显著降低设备的冲击响应。
为研究谱跌效应对舰载设备的设计谱及其设计安装的影响，通过有限元计算对比分析弹簧振子模型的伪速度冲击响应和悬臂梁模型应力冲击响应，同时对比分析上层振子固有频率相同但质量与刚度不同的双层弹簧振子模型的下层振子伪速度冲击响应。
发现：谱跌效应发生时，下层设备的伪速度响应和应力响应均有明显的降低，据此须改进舰载设备的三折线伪速度设计谱；增加上层设备的质量和刚度会显著降低下层设备的伪速度响应，并使谱跌效应的频宽范围增加，利用此特性可降低舰载设备中有着特殊固有频率或固有频率集中的零部件的应力响应。
%Spectrum dip effect can significantly reduce the shock response of warship equipment with elastic installation under the non-contact underwater explosion environment. In this paper, the finite element method is employed to study the influence of the spectrum dip effect on design spectrum and the installation methods of the warship equipment. The pseudo velocity shock response of the spring oscillator model and the stress shock response of the cantilever model are calculated, comparedand analyzed. For the case of the same natural frequency but different mass and stiffness of the top oscillator, the pseudo velocity shock responses of the bottom oscillator of the double spring isolator are analyzed and compared. It is found that the pseudo velocity response and stress response of the bottom equipment significantly decrease when the spectrum dip effect occurs. Then the pseudo velocity of the zigzag designspectrum of the warship equipment needs to be improved; the pseudo velocity response of the bottom equipment decreases and the bandwidth of the spectrum dip effect increases when the mass of the top equipment increases. Some components of the warship equipment with special natural frequency or concentrated natural frequency can be reduced by utilizing the characteristics.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2016(036)005【总页数】5页(P6-10)【关键词】振动与波;谱跌效应;舰载设备;水下非接触爆炸;伪速度;冲击响应谱;设计谱【作者】于博洋;闫明;张磊;计晨【作者单位】沈阳工业大学机械工程学院，沈阳 110870;沈阳工业大学机械工程学院，沈阳 110870; 海军装备研究院，北京 100161;海军装备研究院，北京100161;海军装备研究院，北京 100161【正文语种】中文【中图分类】TB535.1海军舰艇在战时不可避免地会遭受敌方武器的攻击，舰载设备是舰艇抗冲击能力的薄弱环节。
水下非接触爆炸下舰船球鼻艏结构抗爆抗冲击性能数值仿真
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ａｎｔ ｉ －Ｉ ｍ ｐａ ｃ ｔ Ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｂｕｌ ｂ ｏ ｕ ｓ Ｂｏ ｗｓ ｏ ｎ Ｓ ｈ ｉ ｐｓ
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潜水内爆炸实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过模拟潜水内爆炸现象，研究爆炸对潜水器及周围环境的影响，为潜水器设计和安全防护提供理论依据。
二、实验背景随着深海探测技术的不断发展，潜水器在深海探测任务中发挥着越来越重要的作用。
然而，潜水器在深海作业过程中，面临着来自水压、生物、物理等多种风险。
其中，潜水器内部爆炸事故一旦发生，将对潜水员的生命安全造成极大威胁。
因此，研究潜水内爆炸现象，提高潜水器安全性能具有重要意义。
三、实验内容1. 实验材料（1）潜水器模型：采用1:10比例的潜水器模型，模拟实际潜水器结构。
（2）爆炸装置：选用TNT炸药作为爆炸源。
（3）传感器：包括压力传感器、温度传感器、加速度传感器等，用于监测爆炸过程中的各项参数。
（4）实验水池：模拟深海环境，水池深度为10米。
2. 实验步骤（1）将潜水器模型放入实验水池，确保其稳定性。
（2）在潜水器模型内部安装爆炸装置，确保爆炸源位于潜水器中心位置。
（3）将传感器连接至潜水器模型，并对传感器进行校准。
（4）启动爆炸装置，记录爆炸过程中的各项参数。
（5）观察潜水器模型及周围环境的损坏情况。
四、实验结果与分析1. 爆炸过程实验过程中，爆炸装置成功引爆，爆炸瞬间潜水器模型发生剧烈振动，压力、温度、加速度等传感器数据迅速上升。
爆炸过程中，潜水器模型周围水花四溅，实验水池水面出现大量气泡。
2. 潜水器模型损坏情况爆炸后，潜水器模型出现以下损坏情况：（1）壳体出现裂缝，部分区域出现变形。
（2）内部仪器设备损坏，部分部件丢失。
（3）模型周围水花四溅，实验水池内出现大量气泡。
3. 爆炸对周围环境的影响爆炸过程中，潜水器模型周围水花四溅，实验水池内出现大量气泡。
爆炸产生的冲击波对周围环境产生一定影响，但未对实验水池其他设施造成损坏。
五、实验结论1. 潜水内爆炸会对潜水器结构造成严重损坏，影响潜水器内部仪器设备正常运行。
2. 爆炸产生的冲击波对周围环境有一定影响，但未对实验水池其他设施造成损坏。
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国外潜艇抗水下非接触爆炸研究概述
摘要:潜艇抗水下非接触爆炸研究一项技术难度大、试验风险性高等特点,开展潜艇抗水下非接触爆炸研究具有十分重要意义。
本文通过对国外潜艇抗水下非接触爆炸研究分析,可为我国下一步开展潜艇抗爆抗冲击研究提供了参考。
关键词:潜艇水下爆炸抗冲击
潜艇以其隐蔽性好、机动灵活、打击能力强等优点,作为一种重要战略力量,受到各国海军的重视,同时在海上战争中,潜艇也是受攻击的主要目标。
随着现代兵器技术的快速发展,潜艇生命力面临着日益严重的威胁,这些威胁包括导弹、炸弹、炮弹、鱼雷、水雷和深弹等兵器攻击。
对于潜艇而言,爆炸载荷按作用介质的不同主要分为空中爆炸载荷和水下爆炸载荷;按作用距离不同可以为分为接触爆炸和非接触爆炸。
非接触爆炸不仅可造成艇体的破损,同时还可机电设备损坏、电路短路、轴系变形而伤失战斗力。
因此各国对潜艇抗水下爆炸研究都非常重视[1]。
由于潜艇抗冲击研究是一项军事目的强、技术难度大、试验风险高、环境污染大等特点,具有较高的保密性,因此有关潜艇抗爆抗冲击的技术文件公开很少。
本文广泛搜集了国外潜艇抗冲击研究资料,经过归纳整理,从理论研究、仿真计算研究、试验研究等方面进行论述,可为我国潜艇抗爆抗冲击研究提供了参考。
1 理论研究
由于潜艇在水下爆炸作用下的冲击响应是一个强非线性过程,作用过程十分复杂,解析理论只适用于装药水下爆炸本身和简单结构的动响应研究,不适合求解复杂的工程结构。
潜艇抗水下非接触爆炸按能量作用过程可分为四个阶段,即装药水下爆轰、冲击波及气泡脉动产生、冲击波及气泡脉动与潜艇流固耦合作用、潜艇冲击响应。
1941年Taylor,将水视为线性流体,提出了空背板结构在水下爆炸弱击波作用下计算方法[5]。
Keill对舰船的爆炸动响应和破坏进行了综述。
指出水面舰船的船体破坏主要分为三种模式。
第一种模式为舷侧破坏,主要由水下爆炸冲击波引起。
第二种模式为底部结构破坏,由船底下方爆炸引起的冲击波和气泡脉动压力作用所至。
第三种模式为船体纵桁破坏,由非接触爆炸条件下的冲击波和气泡脉动压力共同作用下的总体鞭状震荡响应所致。
Vernon从理论上研究了水面舰艇在水下爆炸产生的气泡作用下的骤动效应,建立了理论模型并进行了结构动力学分析。
2 仿真研究
由于水中爆炸过程非常复杂,解析的势流理论只适用于解决简单
结构的动响应问题,不适合于求解复杂的工程结构,随着计算机科学及仿真技术的发展,计算模拟方法的研究在规模和深度方面都取得了很大的进展。
在数值计算中对炸药爆轰过程中的强间断,通过采用了加入人工粘性项等方法使强间断面光滑后再进行计算。
1941年Talyor首次提出了受冲击波作用的平板的流固耦合方程。
1970年Chertock用曲面波近似方法(Curved wave approximation,CW A)。
后来Geers根据PWA和CWA方法的特点,提出了双重渐近近似方法(Doubly asymptotic,DDA)。
近年来Cipolla J和Nagtegaal J 用基于滞后势能的边界元方法。
美国和西欧一些国家对潜艇的抗水下爆炸问题开展了大量的研究,目前采用的分析方法主要为将DYNA3D与USA相连。
Fox(1992)、Kwon和Fox(1993)采用DYNA3D与USA程序相结合。
另外,德国的DYSMAS/ELC有限元程序包也成功地预报了加筋圆柱壳在水下爆炸作用下的动响应和永久变形(Andelfinger,1994)。
针对潜艇在水下爆炸作用下的鞭状震荡响应,Moussouros(1986)采用有限元程序ABAQUS对圆柱壳的弯曲强度和强度进行了数值分析。
计算结果与试验数据相比,有很好的精度[10,11]。
3 试验研究
由于理论研究只能对简单结构进行研究,数值仿真也难模拟实际
试验中各种复杂情况,同时理论研究结果与仿真计算方法是否准确也只能通过实船爆炸试验来验证。
国外对潜艇抗冲击试验研究按研究内容可分为艇体强度抗冲击试验、设备抗冲击试验及人员抗冲击试验,按试验规模大小可以分为模型试验和实艇抗冲击试验,按试验目的不同可为分考核试验和科研试验。
下面主要对科研试验和考核试验作主要介绍。
3.1 科研试验
科研试验一般是为摸清潜艇冲击响应规律、冲击破坏模式,潜艇极限冲击能力,因此被试艇一般采用待报废的潜艇,潜艇在试验中一般在水中处于悬浮静止状态,冲击强度一般由小到大进行。
由于保密的原因关于潜艇抗爆的技术文件公开很少。
由于潜艇抗冲击试验一项实施难度大、风险性高的试验。
为降低试验风险,在潜艇抗冲击试验中,国外对于爆源大都采用大当量装药,以减少由于海上爆源与被试验艇的布设距离误差所带来的冲击强度风险。
对于实艇抗冲击试验,国外采用的爆源一般为几千公斤。
为方便试验过程中的组织实施,对潜艇布放方法一般采用负浮力的吊装法和正浮力的锚泊法两种。
通过大量的科研试验,积累了丰富的基础数据,制定和完善了抗冲击标准。
美国与西欧国家目前还广泛使用的标准为MIL-S-901D和
BV043/85[10,11]。
3.2 考核试验
通过前期进行的大量科研试验,以美国为的西方国家现在过渡到以舰艇冲击考核试验主。
在美国法典规定“海军在舰艇投入实战前必须进行的抗冲击考核试验”,同时规定所有的舰艇的首制舰和经过大幅改装的舰艇都必须进行抗冲击考核试验[8,10]。
与科研试验相对应,考核试验一般是针对新研制舰艇或是经过大幅改装后的舰艇,考核试验时潜艇处于航行状态,艇上载有艇员,所有装备处于正常工作状态。
在爆炸试验后,不光要求潜体强度、艇员及装备处于安全状态,同时要求潜艇马上能投入正常的作战状态。
4 结语
潜艇抗水下非接触爆炸研究一项技术难度大、试验风险性高等,同时潜艇在水下爆炸中的冲击环境与水面舰区别很大,开展潜艇抗水下非接触爆炸研究具有十分重要意义。
以美国为首的西方国家已经开展全面研究,并把这些研究已经转化为科技成果,同时装备到潜艇上,大大提升军队的战斗力。
我国目前在主方面还有相关差距,本文通过对国外潜艇抗水下非接触爆炸研究分析,可为我国下一步开展潜艇抗爆抗冲击研究提供了参考。
参考文献
[1] 刘建湖.舰船非接触水下爆炸动力学的理论与应用[D].无锡:中国船舶科学研究中心,2003.
[2] 陈德元.水下爆炸调研综述[R].中国工程物理研究,1998.
[3] 徐培誉.水下爆震对结构之响应[D].台北:国立台湾大学,2004.。