通过开展大规模实船海上爆炸试验[16],积累大量数据、资料,并采用经验的冲击试验方式来模拟实际的冲击效果[41],得出水面船舶在作战条件下必须承受的冲击环境。这是船舶冲击环境[2]研究的最可靠方式,也是各国成熟抗冲击技术体系的坚实基础。目前,冲击环境研究的手段主要有两种[3]:一种为大量实船试验,欧美国家采用这一条技术路线,数据从试验直接得出,既能作为实战演练,又得到了可靠数据,但费用惊人,西方发达国家也需要联合几个国家共同实施实船爆炸试验;另一条技术路径为充分利用现代计算技术的成果,采用数值计算与缩比模型结合方法。数值计算得出船舶水下爆炸动响应及其冲击环境的一般规律,并采用试验结果验证,具有经济实惠特点,目前得到了广泛应用。95197

美国自二战以来,开展了大规模的船舶设备抗冲击性能试验及系统理论研究[4],并制定了相应的冲击标准MIL-810HE、MIL-多用途船、MIL-S多用途船B,当时的设备抗冲击能力采用静态等效加速度来计量,但随后的实船试验发现该计量标准并不合理。于是在将冲击标准逐渐发展为多用途船C时,采用设计冲击谱描述冲击环境,并一直沿用至今日的MIL-多用途船D。上世纪七十年代联邦德国海军的BV0430/73冲击标准,主要采用冲击波形、冲击幅值和冲击作用时间来描述冲击环境。英-阿海战之后,北约海军开展了大量实船试验,制定了新的设备冲击标准——BV0430/85[23],在该标准中同样开始采用设计冲击谱计量设备抗冲击性能,并与美国MIL-多用途船D相互认可。

我国关于船舶冲击环境的研究工作起步较晚。在实船水下爆炸方面[9],因种种原因,开展的尚不够充分。有关水下爆炸的一些基础性实验数据积累较少,这给水下爆炸研究工作造成了极大的困难[27]。在实验研究方面,目前的研究大多局限于模型试验,对模型试验来说,其研究目的多是进行定性的分析,而难以由模型试验的结果较精确的获得实船结构的冲击环境,其原因主要有:模型由于缩比尺度较大,出于加工方面的原因,常常不得不将实际结构作很多简化,这种简化带来的影响通常难以计量;模型与实际结构的水下爆炸动力响应相似性问题还是一个没有妥善解决的问题,模型试验的结果难以可靠的换算到实际结构上。在实船水下爆炸方面,迄今为止,得到实测数据的实船水下爆炸仅有3次,都是基于我军组织的某型船实船水下爆炸试验[28],702所、哈尔滨工程大学等单位分别测得较多的船体结构数据及冲击环境数据,验证了我国现有的船舶水下爆炸数值模拟方法的有效性[39],同时为船舶水下爆炸的相关研究积累了珍贵的实验数据[30]。但离建立实船水下爆炸数据库仍有较大的差距,因此,实船爆炸试验尚需加强。

进行水下爆炸数值模拟的软件很多,著名的有基于Geers(1978)[8]提出的双渐进近似DAA(DoublyAsymptoticalApproximation)的水下冲击波分析软件(DeRuntz,1989),或称USA,目前还有ABAQUS、LS-DYNA、MSC/DYTRAN等通用有限元软件可用于模拟船舶水下爆炸[32],为水下爆炸数值模拟研究提供了有利的工具。

其中双重渐近近似方法(DAA法)对水下爆炸领域影响深远,是水中结构冲击分析中的一个十分重要的进展。一阶的双重渐近的近似算法即DAA1法(Geers,1971)分为高频、中频、低频三部分,在高频段可以用平面波假设办法[33];中频频段可用线性过渡;低频频段利用虚质量[11]假设逼近。DAA1算法在高频频段、低频频段有着精度高的优点,由于流体阻尼的误差估计,使得中频段所计算出来的结构在水下冲击的作用下的中后期响应偏小,结果具有不确定性(Huang,1975)。Geers(1978)提出的二阶的双重渐进的近似算法即DAA2是基于对流体的模态辐射能的研究分析所提出的。由于融入了模态的频率矩阵,对中频段的精度得到了较好的改善。按照引入项的形式不同分为DAA2m和DAA2c方法[43]。

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