基于小波分析的實(shí)船水下爆炸船體響應(yīng)特征＊

謝耀國(guó)，姚熊亮，崔洪斌，李新飛

（哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150001）

基于小波分析的實(shí)船水下爆炸船體響應(yīng)特征＊

謝耀國(guó)，姚熊亮，崔洪斌，李新飛

（哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150001）

為了研究水下爆炸條件下船體沖擊振動(dòng)響應(yīng)時(shí)頻特征，針對(duì)某實(shí)船非接觸水下爆炸實(shí)驗(yàn)沖擊響應(yīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于小波分析及能量統(tǒng)計(jì)方法對(duì)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻特性分析，得到了實(shí)船非接觸水下爆炸沖擊振動(dòng)響應(yīng)的時(shí)頻分布和能量分布。分析結(jié)果表明，采用基于小波變換的時(shí)頻分析方法，可以成功獲得船體沖擊響應(yīng)信號(hào)不同頻率段下的強(qiáng)度、能量和作用時(shí)間等時(shí)頻細(xì)節(jié)信息，包括響應(yīng)信號(hào)各頻段沖擊峰值、衰減過(guò)程、振動(dòng)能量及其在全頻率段上所占的分?jǐn)?shù)。通過(guò)對(duì)小波頻段能量統(tǒng)計(jì)以及沖擊強(qiáng)度分析發(fā)現(xiàn)，沖擊響應(yīng)能量頻段分布較廣，主甲板及以下甲板全頻段振動(dòng)能量的80%以上在312.5Hz以上，上層建筑甲板平臺(tái)各頻段沖擊振動(dòng)能量分?jǐn)?shù)向低頻段轉(zhuǎn)移。

爆炸力學(xué)；時(shí)頻特征；小波分析；實(shí)船；水下爆炸；沖擊響應(yīng)

水下非接觸爆炸產(chǎn)生的沖擊往往會(huì)造成艦船設(shè)備和人員的損傷，從而影響艦船的生命力和戰(zhàn)斗力，對(duì)以船體結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)為輸入條件的艦船沖擊環(huán)境的研究受到了廣泛重視［1－4］。目前研究艦船結(jié)構(gòu)在水下爆炸載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)理很大程度上以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，而實(shí)船海上爆炸實(shí)驗(yàn)最具針對(duì)性，結(jié)果最準(zhǔn)確，但此種實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)巨大，實(shí)驗(yàn)中不確定因素多，實(shí)施較困難。要認(rèn)識(shí)艦船結(jié)構(gòu)水下爆炸特性，最有效的方法之一就是對(duì)其水下爆炸結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分析。水下爆炸船體沖擊響應(yīng)信號(hào)是典型的非平穩(wěn)、非線(xiàn)性信號(hào)，信號(hào)的結(jié)構(gòu)和頻譜都是時(shí)刻變化的，對(duì)于其時(shí)頻特征細(xì)節(jié)的研究，傳統(tǒng)傅里葉分析方法已能不滿(mǎn)足要求。小波分析是一種較新的時(shí)頻分析方法，適合分析脈沖信號(hào)或突變信號(hào)，在處理非平穩(wěn)、非線(xiàn)性信號(hào)上已經(jīng)取得了一些成果［5－7］。在水下爆炸領(lǐng)域，溫華兵等［8］對(duì)實(shí)驗(yàn)水池環(huán)境下的水下爆炸壓力進(jìn)行了小波包分析，得到了相關(guān)壓力信號(hào)的能量分布。李萬(wàn)等［9－10］對(duì)水下目標(biāo)模型振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了時(shí)頻分析，討論了不同振動(dòng)時(shí)段對(duì)水下目標(biāo)毀傷的影響。計(jì)晨等［11］對(duì)柴油機(jī)抗沖擊性能進(jìn)行了實(shí)船水下爆炸實(shí)驗(yàn)研究，得到了相關(guān)沖擊振動(dòng)數(shù)據(jù)。本文中，針對(duì)水下爆炸船體結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)信號(hào)的特點(diǎn)，采用小波變換方法進(jìn)行多分辨率多層分解，并對(duì)小波重構(gòu)信號(hào)能量分布特征進(jìn)行分析，以期獲得相關(guān)的時(shí)頻特征，研究非接觸水下爆炸載荷作用下的船體結(jié)構(gòu)沖擊振動(dòng)響應(yīng)規(guī)律。

1 基本理論

1.1 小波分析

任意信號(hào)f（t）∈L2（R），L2（R）稱(chēng)為能量有限的信號(hào)空間，則稱(chēng)f（t）為能量有限的信號(hào)［12－13］，即：

如果ψ（t）∈L2（R），其傅里葉變換滿(mǎn)足容許性條件：

即Cψ有界，則稱(chēng)ψ為一個(gè)基小波或母小波。將基小波經(jīng)過(guò)伸縮和平移后，就可以得到一個(gè)小波序列：

其中，a，b∈R，且α≠0。稱(chēng)a為伸縮因子，b為平移因子。定義下式：

對(duì)于實(shí)際計(jì)算，通常將連續(xù)小波變換進(jìn)行離散化，把參數(shù)a或b，或同時(shí)，進(jìn)行離散化，就得到離散小波變換。通常取取a0＝2，b0＝1，即可得到二進(jìn)小波：

當(dāng)m增加1時(shí)，伸縮因子a增加一倍，對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率減小一半，適合進(jìn)行高效計(jì)算，也便于分析。

1.2 小波變換后各頻帶能量統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過(guò)小波分解后，得到了由高到低各分析頻帶內(nèi)的小波分量，各頻帶分量仍然為關(guān)于時(shí)間變化的信號(hào)。如果將信號(hào)分析到了第n層，各層對(duì)應(yīng)的能量為：

式中：Ei為第i頻帶信號(hào)對(duì)應(yīng)的能量和，fi（t）為第i頻帶的小波分解信號(hào)，yij為第i頻帶信號(hào)fi（t）的離散點(diǎn)幅值，E為分析信號(hào)的總能量，其中，i＝1，2，…，n＋1；j＝1，2，…，m；m為信號(hào)的離散采樣點(diǎn)。

各小波分解頻帶能量在分析信號(hào)總能量中的分?jǐn)?shù)為：

2 實(shí)船水下爆炸船體沖擊響應(yīng)實(shí)驗(yàn)

本文中分析的數(shù)據(jù)是在我國(guó)某水面艦船實(shí)船水下爆炸實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)試得到的船體沖擊響應(yīng)數(shù)據(jù)。該實(shí)船水下爆炸實(shí)驗(yàn)是非接觸水下爆炸實(shí)驗(yàn)，在某開(kāi)闊海域進(jìn)行，船體在水面處于自由狀態(tài)。對(duì)于水面艦船，在水下爆炸條件下，沖擊振動(dòng)造成的船體沖擊響應(yīng)在船體各部位各方向上是不同的，其中船體垂向沖擊速度是主要的，是導(dǎo)致船上人員以及儀器、設(shè)備、裝置等技術(shù)裝備在水下爆炸沖擊載荷作用下毀傷的主要因素。為獲得實(shí)船水下爆炸典型船體沖擊響應(yīng)時(shí)頻特征，在某一工況下選取了3處典型船體部位沖擊響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，且3處測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均為垂向沖擊響應(yīng)。

測(cè)點(diǎn)位置信息描述如下：3處測(cè)點(diǎn)分別在相鄰的3層甲板平臺(tái)上，分別為甲板1（主甲板）、甲板01（上層建筑甲板，主甲板向上一層）和甲板2（主甲板向下一層）；3處測(cè)點(diǎn)在同一肋位船體橫剖面內(nèi)；3處測(cè)點(diǎn)在船體中縱剖面內(nèi)，即在各自相應(yīng)甲板船體中縱桁上；測(cè)試方向?yàn)榇瓜颉４w沖擊響應(yīng)加速度傳感器通過(guò)螺紋安裝在加速度安裝座上，安裝座焊接在船體中縱桁上，數(shù)據(jù)采集儀設(shè)置采樣頻率為20kHz。某工況下上述測(cè)點(diǎn)沖擊響應(yīng)數(shù)據(jù)如圖1所示。

3 船體沖擊響應(yīng)時(shí)頻特征分析

小波變換具有時(shí)間分辨率的特性，可以分析出不同頻帶成分上的信號(hào)分量的時(shí)間衰減規(guī)律，這就為分析和提取水下爆炸船體沖擊響應(yīng)信號(hào)的有效時(shí)頻信息提供了幫助，也為后續(xù)分析信號(hào)在不同頻段上能量的分布特征打下基礎(chǔ)。

圖1 實(shí)船水下爆炸沖擊響應(yīng)加速度測(cè)試信號(hào)Fig.1 Shock response acceleration test signal of each deck of real ship subjected to underwater explosion shock

3.1 沖擊響應(yīng)信號(hào)小波變換

對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的3種典型信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分析，下面以甲板1（主甲板）中縱桁的沖擊響應(yīng)信號(hào)為例進(jìn)行分析，其他2個(gè)信號(hào)的分析類(lèi)似，這里不做詳細(xì)敘述。在實(shí)際進(jìn)行小波分析的過(guò)程中，小波基的選取是非常重要的問(wèn)題，因?yàn)槔貌煌男〔ɑ治鐾恍盘?hào)會(huì)得到不同的結(jié)果［13］。目前在非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)分析中運(yùn)用較多的是Daubechies小波基函數(shù)，Daubechies小波系列具有較好的緊支撐性、光滑性和近似對(duì)稱(chēng)性［14］。在非平穩(wěn)信號(hào)分析中運(yùn)用較多的是db4和db8小波基函數(shù)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置的沖擊響應(yīng)信號(hào)采樣頻率為20kHz，根據(jù)采樣定理，則其N(xiāo)yquist頻率為10kHz。利用實(shí)船水下爆炸實(shí)驗(yàn)得出的1甲板中縱桁沖擊響應(yīng)信號(hào)曲線(xiàn)，根據(jù)小波分析原理，采用Daubechies小波基函數(shù)對(duì)水下爆炸沖擊響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行小波變換，將響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行9層分解，可獲得10個(gè)頻段的小波分解系數(shù)，對(duì)應(yīng)的各分解頻段見(jiàn)表1。

表1 小波分解頻段Table 1 Corresponding frequency bands of wavelet decomposition

在進(jìn)行沖擊響應(yīng)信號(hào)小波分解后，為驗(yàn)證分解后的信號(hào)是否真實(shí)地反映實(shí)測(cè)的響應(yīng)信號(hào)，對(duì)小波分解后的信號(hào)進(jìn)行完全重構(gòu)，與實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比。本文中分別進(jìn)行了基于db4和db8小波基函數(shù)的小波變換，結(jié)果發(fā)現(xiàn)基于db8小波基函數(shù)的變換誤差較小。圖2為甲板1水下爆炸沖擊響應(yīng)重構(gòu)信號(hào)及相對(duì)誤差分布圖。通過(guò)對(duì)比實(shí)測(cè)信號(hào)與重構(gòu)信號(hào)可以看出，兩者幾乎一致，相對(duì)誤差非常小，量級(jí)在10－10級(jí)別。這說(shuō)明選取的小波基用于分解實(shí)船水下爆炸沖擊響應(yīng)信號(hào)是合適的，在信號(hào)分解過(guò)程中能量的損失可以忽略，能真實(shí)地反映測(cè)試信號(hào)的情況。

圖2 甲板1沖擊響應(yīng)重構(gòu)信號(hào)及重構(gòu)信號(hào)與原始信號(hào)的相對(duì)誤差分布Fig.2 Distribution of shock response reconstructed signal of main deck and the relative error between the reconstructed signal and the original signal

圖3 甲板1沖擊響應(yīng)信號(hào)小波分解后的分層重構(gòu)信號(hào)Fig.3 Shock response signals of main deck undergoing wavelet decomposition at different levels

基于db8小波基的小波重構(gòu)分層信號(hào)見(jiàn)圖3，分別對(duì)應(yīng)表1中10個(gè)頻帶。

通過(guò)以上分析可見(jiàn)，沖擊響應(yīng)信號(hào)經(jīng)過(guò)小波變換后，可以得到船體沖擊響應(yīng)各分層重構(gòu)信號(hào)的時(shí)歷曲線(xiàn)，也可以清晰地知道各頻段信號(hào)的作用時(shí)間及衰減過(guò)程，是對(duì)沖擊響應(yīng)信號(hào)的時(shí)頻特征進(jìn)一步分析的基礎(chǔ)。

3.2 沖擊響應(yīng)能量分布特征

為了分析實(shí)船水下爆炸沖擊響應(yīng)信號(hào)在各頻帶能量分布情況，利用公式（6）～（7），根據(jù)小波變換分層重構(gòu)信號(hào)，可以得到測(cè)試信號(hào)在不同頻段（fi）上信號(hào)相對(duì)能量的分布情況。下面分別根據(jù)甲板01、甲板1和甲板2測(cè)點(diǎn)沖擊響應(yīng)小波變換分層重構(gòu)信號(hào)，對(duì)各測(cè)點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)各自的能量分布特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。各頻段信號(hào)響應(yīng)幅值A(chǔ)i，max，各頻段所包含的能量Ei，以及各頻段信號(hào)能量在總能量中的分?jǐn)?shù)ki，見(jiàn)表2。

表2 各甲板測(cè)點(diǎn)沖擊響應(yīng)信號(hào)小波分解信號(hào)各頻帶能量信息Table 2 Band parameters for shock response signals of decks

3.3 結(jié)果討論

3.3.1 小波頻段能量能反映沖擊振動(dòng)強(qiáng)度

利用小波變換各分層重構(gòu)信號(hào)，可以得到相應(yīng)頻段的可以表征沖擊振動(dòng)強(qiáng)度的響應(yīng)峰值。由表2可知，甲板01各小波頻帶沖擊響應(yīng)峰值出現(xiàn)在d4（625～1 250Hz），甲板1和甲板2各小波頻帶沖擊響應(yīng)峰值出現(xiàn)在d5（312.5～625Hz）小波頻帶，通過(guò)分析表2發(fā)現(xiàn)，各層甲板能量最大的小波頻帶也在上述頻帶內(nèi)，與響應(yīng)峰值出現(xiàn)的頻帶吻合。

另外，結(jié)合能量統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)各小波頻段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得出各頻帶內(nèi)所蘊(yùn)含的能量，以及各自頻段能量在其整體信號(hào)能量所占的比重。例如，由表2可知，甲板01沖擊振動(dòng)能量較分散，最大小波頻段（625～1 250Hz）振動(dòng)能量也不超過(guò)20%；而甲板1和甲板2則不同，有近一半的振動(dòng)能量集中在312.5～625Hz小波頻帶。可見(jiàn)，小波頻段能量在一定程度上可以表征沖擊振動(dòng)強(qiáng)度。

3.3.2 小波頻段信息可以反映艦船水下爆炸各階段沖擊振動(dòng)特性

根據(jù)水下爆炸理論，水下爆炸過(guò)程中主要有3種現(xiàn)象：沖擊波、氣泡運(yùn)動(dòng)和二次壓力波。水下爆炸發(fā)生后，首先作用于船體的是沖擊波，緊跟著的是由于氣泡膨脹速度小于水中聲速推動(dòng)水質(zhì)點(diǎn)作徑向運(yùn)動(dòng)形成的擴(kuò)散流（滯后流）壓力，接下來(lái)是由于氣泡脈動(dòng)所形成的二次壓力波，由于本次實(shí)驗(yàn)是遠(yuǎn)場(chǎng)非接觸水下爆炸實(shí)驗(yàn)，二次壓力波是次要的。利用小波變換得到各頻段小波分層重構(gòu)信號(hào)時(shí)間歷程曲線(xiàn)，如圖3所示，可以清晰地得到各頻段沖擊振動(dòng)衰減及作用時(shí)間信息。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象，從圖3中的d8、d9及a9等3條振動(dòng)時(shí)歷曲線(xiàn)可以明顯地看出其振動(dòng)分為2個(gè)階段：剛開(kāi)始振動(dòng)幅值很快達(dá)到最大，經(jīng)過(guò)幾次振蕩迅速衰減；而后振動(dòng)幅值又增大然后衰減。通過(guò)水下爆炸理論分析可知，前一個(gè)峰值是由沖擊波引起的，后一段則主要是由滯后流帶來(lái)的。甲板01和甲板2的小波頻段時(shí)歷曲線(xiàn)也有這種現(xiàn)象。現(xiàn)將甲板01和甲板2的a9小波頻段時(shí)歷曲線(xiàn)給出，如圖4所示。由此可見(jiàn)，除沖擊波包含巨大的能量應(yīng)予以重視，滯后流對(duì)艦船損傷的貢獻(xiàn)也應(yīng)予以重視，尤其是在幾十赫茲的低頻段包含很大的能量，滯后流應(yīng)該是固有頻率或安裝頻率為幾十赫茲的艦船設(shè)備產(chǎn)生沖擊振動(dòng)的主要能量來(lái)源。

圖4 甲板01及甲板2在a9小波頻段上的沖擊加速度響應(yīng)Fig.4 Shock acceleration responses of decks 01and 2at a9wavelet spectrum

3.3.3 不同甲板層的沖擊響應(yīng)特性

水面艦船在遭受水下爆炸時(shí)，水面以下船體外板首先承受沖擊載荷作用，進(jìn)而船體的沖擊運(yùn)動(dòng)通過(guò)板殼、肋板和艙壁等船體垂向構(gòu)件逐層向上傳遞。本文通過(guò)在船體典型甲板平臺(tái)上布置測(cè)點(diǎn)并獲取相應(yīng)的沖擊振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)，然后利用小波分析處理得到船體各層甲板沖擊響應(yīng)時(shí)頻特征細(xì)節(jié)信息。對(duì)于不同甲板層，通過(guò)對(duì)表2的分析可見(jiàn)，其能量分布特征是不同的，甲板2在前5個(gè)小波頻帶（312.5～10 000Hz）能量分?jǐn)?shù)達(dá)到87.31%，甲板1在前5個(gè)小波頻帶能量分?jǐn)?shù)為84.29%，甲板01在前5個(gè)小波頻段能量只占到51.88%，而甲板01在后3個(gè)小波頻段（0～78.125Hz）能量分?jǐn)?shù)卻很大（42.42%）。為了進(jìn)一步分析不同甲板層沖擊振動(dòng)時(shí)頻特征，繪制各層甲板測(cè)點(diǎn)沖擊加速度譜，如圖5所示。另外，定義2個(gè)沖擊響應(yīng)能量變化比例因子k1和k2，k1為甲板1相對(duì)于甲板2的沖擊響應(yīng)能量變化比，k2為甲板01相對(duì)于甲板1的沖擊響應(yīng)能量變化比，各小波頻段沖擊響應(yīng)能量變化計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

圖5 各層甲板沖擊加速度譜Fig.5 Acceleration spectra of different decks

圖6 甲板間小波頻段能量變化Fig.6 Band energy changes between decks

結(jié)合表2和圖5可以發(fā)現(xiàn)，船體沖擊運(yùn)動(dòng)在向上傳遞時(shí)，在幾十赫茲的低頻段振動(dòng)幅值變化極小，而中高頻運(yùn)動(dòng)分量衰減很大。船體運(yùn)動(dòng)在向上傳遞過(guò)程中，由于船體結(jié)構(gòu)的緩沖作用，使得各層甲板和平臺(tái)所承受的沖擊響應(yīng)隨著層級(jí)的提高，一層比一層小，高頻振動(dòng)分量逐漸衰減，從不同甲板層沖擊振動(dòng)運(yùn)動(dòng)分量變換規(guī)律這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，可以將船體結(jié)構(gòu)可以看做是一個(gè)低通濾波器。那么，越上層建筑甲板的設(shè)備和人員承受的加速度越低，且主要承受低頻沖擊振動(dòng)。

結(jié)合表2和圖6可以發(fā)現(xiàn)，不同甲板間，在不同頻段下的能量組成以及甲板間的能量變化是不同的。通過(guò)分析可知，水下爆炸沖擊載荷作用下的船體結(jié)構(gòu)振動(dòng)，就某一位置而言，其沖擊振動(dòng)是由船體總振動(dòng)與結(jié)構(gòu)局部振動(dòng)互相耦合而成。當(dāng)船體結(jié)構(gòu)在遭受水下爆炸載荷時(shí)，沖擊載荷首先作用于船底板，當(dāng)沖擊波沿船體各構(gòu)件向上層船體結(jié)構(gòu)傳遞時(shí)，沖擊波能量也隨之損耗。艦船船體結(jié)構(gòu)大，阻尼大，但水下爆炸載荷包含巨大能量以及豐富的頻率成分，可以引起全船性的船體總振動(dòng)，這主要集中在低頻段，甲板01、甲板1以及甲板2沖擊振動(dòng)包含這部分低頻的船體總振動(dòng)。同時(shí)，沖擊波通過(guò)船體結(jié)構(gòu)傳遞到各層甲板，引起各層甲板的局部振動(dòng)，局部振動(dòng)頻率相對(duì)較高，而振動(dòng)頻率越高，阻尼越大，所需能量也越大，由于沖擊能量的損耗，層級(jí)越往上能量越小，所以引起的高頻沖擊振動(dòng)也將會(huì)越小。因此，出現(xiàn)了在不同甲板間幾十赫茲低頻段振動(dòng)幅值和振動(dòng)能量的變化很小，而中高頻運(yùn)動(dòng)分量以及能量變化很大的現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

利用小波分析結(jié)合能量統(tǒng)計(jì)的方法，通過(guò)對(duì)實(shí)船水下爆炸典型船體沖擊響應(yīng)的時(shí)頻特征分析，得出以下結(jié)論：

（1）利用小波變換對(duì)實(shí)船水下爆炸沖擊振動(dòng)響應(yīng)的時(shí)頻特征進(jìn)行分析，可以得到響應(yīng)信號(hào)在不同頻段上的強(qiáng)度、能量和作用時(shí)間等時(shí)頻信息，可以了解水下爆炸沖擊振動(dòng)對(duì)水面艦船損傷效果的影響，可以看出沖擊波和滯后流引起沖擊振動(dòng)響應(yīng)在作用頻率和作用時(shí)間上的差異，可以為水下爆炸沖擊振動(dòng)響應(yīng)規(guī)律研究提供基礎(chǔ)。

（2）從實(shí)船水下爆炸沖擊振動(dòng)響應(yīng)時(shí)頻分析結(jié)果中，可以清晰地看出沖擊響應(yīng)信號(hào)在不同頻率段上的能量以及信號(hào)強(qiáng)度衰減信息。結(jié)果表明，主甲板以下平臺(tái)沖擊振動(dòng)能量及沖擊加速度峰值集中在312.5Hz以上的中高頻段；而上層甲板相對(duì)能量分?jǐn)?shù)會(huì)逐層向低頻段轉(zhuǎn)移。此結(jié)果可以為水下爆炸條件下的艦船結(jié)構(gòu)、設(shè)備和人員抗沖擊防護(hù)提供依據(jù)。

（3）相關(guān)分析方法及結(jié)果比傳統(tǒng)的頻域分析方法更能反映沖擊振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的內(nèi)部規(guī)律及信息，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)水下爆炸載荷作用下的船體結(jié)構(gòu)沖擊振動(dòng)響應(yīng)機(jī)理提供了一種手段。

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Wavelet analysis on shock response of a real ship subjected to non－contact underwater explosion

Xie Yaoguo，Yao Xiongliang，Cui Hongbin，Li Xinfei
（College of Shipbuilding Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，Heilongjiang，China）

With a view to obtaining the characterisstic of shock response of the hull to underwater explosion，based on the experimental impact vibration data subjected to underwater explosion trial of ship，the time－frequency characteristics of the monitored impact vibration signals were studied by wavelet analysis.By using these signals，the acceleration－time curves and the energy distributions in different blasting frequency bands were obtained.The result show that the time－frequency characteristics of impact vibration can be obtained by the wavelet analysis，it is easy to get the time－frequency information details of the impact vibration signal intensity，frequency and duration，including the peak values and attenuation and vibration energy of impact vibration signals.Based on the analysis of the energy statistics and impact strength of the wavelet frequency band，found that has a wide distribution of shock response spectrum energy，more than 80%of vibration energy distributed above 312.5Hz at the main deck and below deck，and more vibration energy in low frequency at superstructure deck platform.

mechanics of explosion；time－frequency characteristic；wavelet analysis；real ship；underwater explosion；shock response

O381；U661.44國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼：13035

A

10.11883／1001－1455（2017）01－0099－08

（責(zé)任編輯 張凌云）

2015－07－01；

2015－12－18

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51279038）；國(guó)家安全重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（613157）

謝耀國(guó)（1982— ），男，博士，講師，xieyaoguo＠hrbeu.edu.cn。