潛艇水下毀傷試驗(yàn)綜合測(cè)量與分析方法研究

韓大偉，張東俊，王天忠，楊衛(wèi)東

(中國(guó)人民解放軍92337部隊(duì)，大連 116023)

0 引言

潛艇以其良好的隱身性能在各海軍強(qiáng)國(guó)軍事裝備發(fā)展中占有重要地位，但由于受水下操縱難、損管消防難等多種因素制約，在當(dāng)今信息化條件下水下體系作戰(zhàn)中，其生命力受到巨大威脅。有效評(píng)估水下爆炸下潛艇的抗爆抗沖擊能力，對(duì)于潛艇裝備作戰(zhàn)運(yùn)用與改進(jìn)設(shè)計(jì)意義重大。實(shí)裝試驗(yàn)無(wú)疑是最可靠最直接的檢驗(yàn)評(píng)估手段，但其動(dòng)用人力、物力、財(cái)力成本高且風(fēng)險(xiǎn)和難度較大，大范圍大批次開展的可能性小，試驗(yàn)樣本量受到大大限制，仿真分析和模型試驗(yàn)在一些規(guī)律性問題的研究上仍不失為輔助分析評(píng)估的有效手段。在實(shí)船水下爆炸毀傷試驗(yàn)中，潛艇相比于水面艦船面臨更大難度和更高風(fēng)險(xiǎn)，如何在單次試驗(yàn)中測(cè)量獲取盡可能完備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，是擺在試驗(yàn)設(shè)計(jì)和測(cè)試人員面前的一個(gè)重要難題。

以往文獻(xiàn)對(duì)艦艇結(jié)構(gòu)水下爆炸理論、仿真與試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)方法開展了大量研究[1-19]，取得了許多有價(jià)值的成果。文獻(xiàn)[1]通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，給出了水下爆炸壓力場(chǎng)計(jì)算的經(jīng)典公式，文獻(xiàn)[2]完善發(fā)展了Cole的水下爆炸理論，提出了水下爆炸沖擊波和氣泡脈動(dòng)載荷在同一時(shí)間維度下的半理論半經(jīng)驗(yàn)公式，大量學(xué)者針對(duì)水下爆炸氣泡產(chǎn)生的沖擊波以及氣泡與其作用邊界的相互作用開展了理論與數(shù)值仿真研究[3-7]，文獻(xiàn)[8]基于五方程簡(jiǎn)化模型對(duì)近水面水下爆炸開展了數(shù)值模擬，通過應(yīng)用MUSCL-Hancock策略獲得了二階精度，與相關(guān)文獻(xiàn)中給出的試驗(yàn)結(jié)果吻合良好；文獻(xiàn)[9]基于Mie-Grüneisen狀態(tài)方程開展了多介質(zhì)可壓縮流動(dòng)的水下爆炸數(shù)值模擬，并通過算例驗(yàn)證了該方法的可靠性；這些都為水下爆炸載荷場(chǎng)的測(cè)試測(cè)量方法奠定了良好的理論基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[10]利用Hopkinson桿作為應(yīng)力波信號(hào)感知元件，給出了一種用于評(píng)估高壓電爆氣泡載荷的新的試驗(yàn)方法和測(cè)試系統(tǒng)，提供了一種新的獲取和研究水下氣泡沖擊壁壓的方式方法，文獻(xiàn)[11]利用該試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)一系列尺度的水下電爆氣泡引起的壁壓開展測(cè)量試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果指出二次氣泡沖擊壓力同樣需要引起足夠的重視，但該測(cè)量方法難以實(shí)現(xiàn)開闊水域下的大當(dāng)量水下爆炸測(cè)量工程應(yīng)用。文獻(xiàn)[12]在分析水下爆炸下水面艦艇結(jié)構(gòu)毀傷模式的基礎(chǔ)上，提出針對(duì)艦體結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的測(cè)點(diǎn)布置優(yōu)化方案，為水面艦體結(jié)構(gòu)毀傷測(cè)量提供參考，但典型設(shè)備和人員戰(zhàn)位處沖擊響應(yīng)參數(shù)測(cè)量的缺失無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)艦艇功能毀傷情況進(jìn)行評(píng)估；文獻(xiàn)[13]分析了近場(chǎng)爆炸下艦船毀傷測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，重點(diǎn)提出采用緩沖器對(duì)測(cè)試模塊進(jìn)行抗沖擊防護(hù)，并通過無(wú)線方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)存?zhèn)浞荩瑸榻鼒?chǎng)爆炸毀傷測(cè)量提供了思路和參考；文獻(xiàn)[14]對(duì)水下爆炸中自由場(chǎng)壓力和船體壁壓進(jìn)行測(cè)量分析，研究結(jié)果表明船體壁壓的反射系數(shù)與沖擊波的入射角度有關(guān)，同時(shí)驗(yàn)證了自由場(chǎng)壓力的水面截?cái)嘈?yīng)；文獻(xiàn)[15]從實(shí)船測(cè)量需求、測(cè)點(diǎn)管理、測(cè)量控制及測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)等多個(gè)方面進(jìn)行了較為全面的論述，為后續(xù)實(shí)船試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)研究搭建了較為完整的基礎(chǔ)框架；文獻(xiàn)[16]對(duì)水下爆炸氣泡脈動(dòng)載荷在加筋板塑性變形中所占比例開展仿真與試驗(yàn)研究，結(jié)果表明氣泡脈動(dòng)載荷在塑性變形中所占貢獻(xiàn)比例一定范圍內(nèi)隨爆距減小而增大；文獻(xiàn)[17]通過仿真分析結(jié)果給出了一種船用柴油機(jī)抗沖擊試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案，由于計(jì)算時(shí)以組合半正弦波替代水下爆炸載荷下甲板處的真實(shí)響應(yīng)作為載荷輸入，結(jié)果的準(zhǔn)確度有待進(jìn)一步評(píng)估；文獻(xiàn)[18]分析了我國(guó)開展水下爆炸毀傷效能試驗(yàn)與評(píng)估的現(xiàn)狀，指出由于多種因素制約試驗(yàn)結(jié)果可信度，亟需開展實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下的水下爆炸毀傷試驗(yàn)以獲取真實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；文獻(xiàn)[19]分析論述國(guó)外艦艇抗水下爆炸研究情況時(shí)指出，西方國(guó)家在20世紀(jì)就曾開展了多次潛艇實(shí)裝水下爆炸毀傷試驗(yàn)，但由于保密原因，公開的文獻(xiàn)很少。縱觀已有文獻(xiàn)，對(duì)潛艇水下爆炸毀傷試驗(yàn)測(cè)量與分析方法的系統(tǒng)性完備性研究不夠，大多研究還是集中在結(jié)構(gòu)毀傷的測(cè)量與分析上，針對(duì)與潛艇生命力息息相關(guān)的功能毀傷評(píng)估需求的測(cè)量與分析研究甚少。我國(guó)在潛艇抗水下爆炸毀傷試驗(yàn)與評(píng)估方面，無(wú)論從技術(shù)上還是經(jīng)驗(yàn)上，與西方國(guó)家還存在較大差距，開展?jié)撏職囼?yàn)測(cè)試測(cè)量與分析方法研究，完善水下爆炸毀傷試驗(yàn)的理論與技術(shù)體系，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和軍事迫切性。

本文提出一種潛艇水下爆炸毀傷試驗(yàn)的綜合測(cè)試測(cè)量方法，分試驗(yàn)前、試驗(yàn)中和試驗(yàn)后3個(gè)階段對(duì)測(cè)量要素進(jìn)行了較為全面詳盡的分析論述，并提出了相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，通過仿真試驗(yàn)對(duì)綜合測(cè)量與分析方法進(jìn)行探討，指出了測(cè)試測(cè)量與數(shù)據(jù)分析時(shí)需要注意的問題，對(duì)潛艇實(shí)裝水下爆炸毀傷試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集與分析具有較好的參考價(jià)值。

1 測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

從時(shí)間維度上劃分，可以將整個(gè)測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)分為三大部分：(1)試驗(yàn)前的測(cè)試測(cè)量；(2)試驗(yàn)過程中的測(cè)試測(cè)量；(3)試驗(yàn)后的測(cè)試測(cè)量。其中，試驗(yàn)過程中的測(cè)試測(cè)量又可以從空間維度上劃分為艇外測(cè)試測(cè)量和艇內(nèi)測(cè)試測(cè)量。

1.1 試驗(yàn)前的測(cè)試測(cè)量

試驗(yàn)前的測(cè)試測(cè)量是整個(gè)試驗(yàn)測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分，是試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析的初始基準(zhǔn)，也是開展仿真分析、試驗(yàn)方案預(yù)案制定和試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)估的重要依據(jù)。水下爆炸下潛艇綜合毀傷試驗(yàn)前的測(cè)試測(cè)量?jī)?nèi)容主要包括潛艇艇體結(jié)構(gòu)尺寸布局，重要系統(tǒng)設(shè)備、人員、管系、閥門、水艙、油路、電路等空間布局，材料的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，炸藥重量和體積，以及各測(cè)點(diǎn)、炸藥與艇體的相對(duì)空間位置等。

1.2 試驗(yàn)過程中的測(cè)試測(cè)量

試驗(yàn)過程中的測(cè)試測(cè)量是整個(gè)試驗(yàn)測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)的核心部分，該部分的特點(diǎn)是涉及要素多、實(shí)時(shí)度高、難度大，很大一部分參數(shù)的測(cè)量采集在秒級(jí)甚至毫秒級(jí)完成，為分析水下爆炸與結(jié)構(gòu)的耦合響應(yīng)，艇內(nèi)艇外測(cè)試測(cè)量設(shè)備數(shù)據(jù)采集起點(diǎn)統(tǒng)一由炸藥附近的壓力傳感器壓感觸發(fā)，確保輸入和輸出置于統(tǒng)一的時(shí)間維度下。

1.2.1 艇外測(cè)試測(cè)量

艇外測(cè)試測(cè)量一是通過不同測(cè)點(diǎn)處壓力傳感器采集沖擊波載荷和氣泡脈動(dòng)載荷的壓力-時(shí)間曲線，完成對(duì)艇體外部載荷環(huán)境的重構(gòu)；二是通過水下高速攝像機(jī)采集氣泡脈動(dòng)、射流、艇體迎爆面的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程等視頻信息，用于試驗(yàn)后比對(duì)分析。

1.2.2 艇內(nèi)測(cè)試測(cè)量

艇內(nèi)測(cè)試測(cè)量一是通過不同測(cè)點(diǎn)處加速度、應(yīng)變、位移等傳感器記錄水下爆炸下結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征；二是通過橫傾儀、縱傾儀、液位計(jì)等記錄潛艇的隨動(dòng)響應(yīng)特征；三是通過各艙室內(nèi)部視頻監(jiān)控記錄艙室破損情況、開機(jī)設(shè)備的運(yùn)行情況等視頻信息。

1.3 試驗(yàn)后的測(cè)試測(cè)量

試驗(yàn)后的測(cè)試測(cè)量是整個(gè)試驗(yàn)測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)不可或缺的部分，該部分測(cè)量數(shù)據(jù)在潛艇抗毀傷評(píng)估體系中至關(guān)重要。作為試驗(yàn)中測(cè)試測(cè)量的補(bǔ)充測(cè)量方式方法，試驗(yàn)后的測(cè)試測(cè)量主要包括艇體破口和裂紋情況、塑性變形區(qū)域和變形量，以及艇載設(shè)備、儀器開機(jī)運(yùn)行檢查等內(nèi)容。

2 測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案

2.1 艇外測(cè)陣布設(shè)方案

艇外測(cè)陣用于完成艇外沖擊環(huán)境的測(cè)試測(cè)量，主要由艇體基座陣、三角固定支架、壓力傳感器和水下高速攝像機(jī)(與水下強(qiáng)光源搭配使用)組成,如圖1所示，各測(cè)點(diǎn)編號(hào)按測(cè)量設(shè)備類型以首大寫字母作為1級(jí)區(qū)分，相同類型設(shè)備按功能作用以小寫字母作為2級(jí)區(qū)分，相同類型相同功能作用的測(cè)點(diǎn)縱向沿艇首至艇艉方向、環(huán)向沿以艇底部為起點(diǎn)的順時(shí)針方向順次編號(hào)。例如，圖1中Pz2表示第二個(gè)用于測(cè)量自由場(chǎng)壓力的壓力傳感器。

圖1 艇外測(cè)陣示意圖

艇體基座分別沿艇縱向(以中軸線為縱向)和環(huán)向等間隔分布，作為艇外傳感器安裝布設(shè)的基礎(chǔ)，也可作為水下爆源和潛艇的吊放環(huán)，基座的數(shù)量和位置可根據(jù)艇外測(cè)量總體需求選擇。

三角固定支架在潛艇首部和尾部布置，其根部通過螺栓連接于艇體基座，用于搭載艇外測(cè)試設(shè)備。支架應(yīng)具備足夠的剛度，并滿足試驗(yàn)工況下的抗沖擊要求，可通過水下爆炸建模仿真開展校核；為了不影響水下爆炸氣泡的膨脹和收縮，首尾支架之間距離應(yīng)大于兩倍氣泡最大半徑，TNT水下爆炸產(chǎn)生的氣泡最大半徑Rmax可由式(1)確定[1]:

(1)

其中：W為炸藥質(zhì)量，kg；h為炸藥水下深度，m。

根據(jù)Cole經(jīng)典水下爆炸理論[1]，水下爆炸沖擊以球面波的形式向外傳播，載荷函數(shù)形式為：

(2)

為滿足艇外載荷環(huán)境的重構(gòu)需求，通過三角固定支架在艇外布設(shè)不少于3個(gè)壓力傳感器用于采集水下爆炸自由場(chǎng)的沖擊波壓力-時(shí)間曲線，3點(diǎn)不應(yīng)位于以炸藥中心為球心的同一球面上，且需遠(yuǎn)離艇體一定距離以避免艇體對(duì)自由場(chǎng)流體的影響；在炸藥附近布設(shè)1個(gè)壓力傳感器，作為測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集起始點(diǎn)的統(tǒng)一觸發(fā)信號(hào)；在艇體迎爆面縱向布設(shè)不少于3個(gè)壁壓傳感器，用于測(cè)量艇體壁壓。

水下高速攝像機(jī)需外加抗沖擊防護(hù)罩，并配備強(qiáng)光源以提高水下能見度，原則上應(yīng)不少于兩臺(tái)。其中，測(cè)點(diǎn)S1處高速攝像機(jī)用于捕捉水下爆炸氣泡脈動(dòng)過程，如果氣泡行程較長(zhǎng)，可以考慮在高速攝像機(jī)前方加裝曲面透鏡或增加一臺(tái)高速攝像機(jī)的方式來增大捕捉視角；測(cè)點(diǎn)S2處高速攝像機(jī)用于捕捉艇體局部大變形過程、破口和裂紋擴(kuò)展過程，整體“鞭狀運(yùn)動(dòng)”過程，以及氣泡邊緣接觸艇體后產(chǎn)生的水射流等。

2.2 艇內(nèi)測(cè)陣布設(shè)方案

艇內(nèi)測(cè)陣用于完成艇內(nèi)狀態(tài)及各關(guān)鍵部位沖擊響應(yīng)的測(cè)試測(cè)量，主要由各類傳感器、狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)設(shè)備及控制模塊等組成，各類設(shè)備在艇內(nèi)需可靠固定，并采取必要的抗沖擊隔振防護(hù)措施，通過穿艙電纜與各傳感器和儀器儀表連接。

加速度傳感器布置于艇載重要設(shè)備基座處，以及艇員、甲板板等位置，用于測(cè)量水下爆炸下重要設(shè)備、人員處的沖擊響應(yīng)，主要設(shè)備和它們的基座之間布置位移計(jì)，測(cè)量其位移響應(yīng)，通過層次分析法等方法確定引起重要設(shè)備和人員毀傷的關(guān)聯(lián)因素及各關(guān)聯(lián)因素的貢獻(xiàn)度，以用于潛艇各功能的毀傷分析。

應(yīng)變計(jì)或應(yīng)變片布置位置包括：各艙室中部、前后各1/4處耐壓殼和肋骨處，離爆源最近的艙室迎爆面適當(dāng)增加布置數(shù)量密度，用于塑性大變形測(cè)量；沿潛艇背爆面耐壓殼體母線與艙壁連接點(diǎn)及各艙中點(diǎn)位置布置若干應(yīng)變片，在艙壁中心位置布置應(yīng)變片作為其他應(yīng)變片的參考基準(zhǔn)，用于分析艇體在水下爆炸氣泡脈動(dòng)下產(chǎn)生的“鞭狀運(yùn)動(dòng)”；沿潛艇底部龍骨位置縱向布置若干位移計(jì)和速度計(jì)，用于測(cè)定潛艇水下爆炸沖擊下的剛體運(yùn)動(dòng)。

每艙艙內(nèi)安裝若干路監(jiān)控，用于監(jiān)視各艙破損情況和主要設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；安裝橫傾儀、縱傾儀、進(jìn)水、火災(zāi)、氫氣濃度等監(jiān)測(cè)報(bào)警設(shè)備傳感器若干，用于艇內(nèi)狀態(tài)監(jiān)控。

3 數(shù)據(jù)分析方法與仿真試驗(yàn)

3.1 艇外沖擊環(huán)境反演重構(gòu)

由于受海流等因素影響，爆源、目標(biāo)實(shí)際位置與預(yù)設(shè)位置之間可能存在動(dòng)態(tài)偏差，其爆炸瞬間的相對(duì)位置往往無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量，需要通過自由場(chǎng)壓力傳感器信號(hào)時(shí)差進(jìn)行反演推算。圖1中，假設(shè)自由場(chǎng)壓力測(cè)點(diǎn)Pz1、Pz2、Pz3與爆源附近測(cè)點(diǎn)Pz0的信號(hào)時(shí)差分別為t1、t2、t3，水下爆炸沖擊波以水中聲波速度c以球面波的形式向外傳播，爆源實(shí)際水下爆炸位置點(diǎn)可通過分別以ct1、ct2、ct3為半徑的3個(gè)球面的交點(diǎn)確定，然后以此為位置點(diǎn)輸入對(duì)水下爆炸沖擊環(huán)境進(jìn)行理論計(jì)算，并與試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，修正理論計(jì)算結(jié)果，完成水下爆炸沖擊波載荷和氣泡脈動(dòng)載荷的時(shí)間歷程與空間分布的反演重構(gòu)。通過壓力傳感器記錄分析氣泡脈動(dòng)載荷的幅值、周期和載荷歷程曲線，與水下高速攝像機(jī)采集的氣泡動(dòng)態(tài)視頻信息以及理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行多維度比對(duì)，對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，作為仿真試驗(yàn)的輸入。以某型潛艇為算例，用于仿真分析的潛艇耐壓殼體直徑9 m，全長(zhǎng)87.25 m，水下全排水量4 997 t，分7個(gè)耐壓水密艙室，內(nèi)部雙層甲板。潛艇位于水下30 m，爆炸源TNT當(dāng)量25 kg，布置于潛艇IV艙中部正下方15 m，水下爆炸載荷形式取Geers-Hunter模型[2]中的沖擊波階段和一次氣泡脈動(dòng)階段，潛艇迎爆點(diǎn)的載荷歷程如圖2所示。

圖2 水下爆炸載荷時(shí)間歷程

3.2 艇體塑性變形及破口

采用ABAQUS聲固耦合算法[20]開展仿真計(jì)算，結(jié)果表明，在水下爆炸沖擊下，潛艇迎爆面(IV艙中部正下方)產(chǎn)生局部?jī)?nèi)凹塑性大變形，其它位置未產(chǎn)生明顯塑性變形，如圖3所示，塑性變形區(qū)最大變形量為0.246 m，位于迎爆點(diǎn)處肋骨與相鄰肋骨之間耐壓殼體中間位置，塑性變形區(qū)域遍及迎爆點(diǎn)處肋骨直至相鄰兩肋距區(qū)域，約2.4 m，其中迎爆點(diǎn)處肋骨最大塑性變形量為0.236 m，與迎爆點(diǎn)處肋骨相鄰的第一根肋骨處最大塑性變形量為0.150 m，與迎爆點(diǎn)處肋骨相鄰的第二根肋骨處最大塑性變形量為0.040 m。

圖3 結(jié)構(gòu)局部塑性變形剖視圖

在迎爆點(diǎn)布設(shè)測(cè)點(diǎn)A，在III艙與IV艙之間的艙壁中部布設(shè)測(cè)點(diǎn)C，通過A點(diǎn)與C點(diǎn)位移歷程的差值得出迎爆點(diǎn)的相對(duì)位移歷程曲線，如圖4所示。由仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，迎爆點(diǎn)在沖擊波加載階段并未產(chǎn)生塑性變形，僅產(chǎn)生了彈性范圍內(nèi)的微幅震蕩，而是在一次氣泡脈動(dòng)階段產(chǎn)生較大塑性變形，之后產(chǎn)生較大幅度震蕩，可見在實(shí)艇水下爆炸沖擊響應(yīng)分析中，氣泡脈動(dòng)載荷的影響不可忽視，這是因?yàn)闈撏ё鳛榧?xì)長(zhǎng)的船體梁結(jié)構(gòu)，在外部沖擊載荷下的垂向/橫向振動(dòng)效應(yīng)明顯，整體彎曲振動(dòng)產(chǎn)生的拉壓載荷與外部沖擊載荷聯(lián)合作用下容易產(chǎn)生殼體局部應(yīng)力超出彈性極限而產(chǎn)生塑性變形。

圖4 迎爆點(diǎn)位移歷程曲線

3.3 潛艇剛體位移響應(yīng)

潛艇在底部垂直方向受到水下爆炸沖擊作用，平面艙壁中部四周受到約束而不易產(chǎn)生垂向變形，故以III艙與IV艙之間的艙壁中部測(cè)點(diǎn)C記錄潛艇剛性位移響應(yīng)，如圖5所示。

圖5 潛艇的剛體位移歷程曲線

由仿真結(jié)果可以看出，潛艇在沖擊波載荷加載階段剛性位移不明顯，剛性位移主要發(fā)生在氣泡脈動(dòng)載荷加載階段，在水下爆炸沖擊后的0.5 s時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了約5 cm左右的剛體位移。

在II艙下甲板中部布設(shè)加速度測(cè)點(diǎn)，用于提取其垂向加速度響應(yīng)，仿真計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

圖6 加速度測(cè)點(diǎn)響應(yīng)歷程曲線

沖擊波加載階段(0～1.5 ms)，產(chǎn)生較大幅值的垂向加速度響應(yīng)，之后衰減，在一次氣泡脈動(dòng)載荷加載階段(0.3～0.35 ms)垂向加速度響應(yīng)又有較大幅值的增長(zhǎng)。

3.4 艇體“鞭狀運(yùn)動(dòng)”重構(gòu)

水下爆炸沖擊下，潛艇背爆面不易產(chǎn)生塑性變形，在潛艇頂部耐壓殼體與各艙壁交點(diǎn)處布設(shè)測(cè)點(diǎn)B1～B7，通過各測(cè)點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)C的相對(duì)位移響應(yīng)分析艇體的“鞭狀運(yùn)動(dòng)”情況，仿真結(jié)果如圖7所示，可以看出，艇體從一次氣泡脈動(dòng)載荷加載中后段開始產(chǎn)生了明顯的“鞭狀運(yùn)動(dòng)”效應(yīng)，其振型為二階模態(tài)，這是沖擊波載荷和氣泡脈動(dòng)載荷聯(lián)合作用的結(jié)果。

圖7 艇體“鞭狀運(yùn)動(dòng)”效應(yīng)

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種潛艇水下爆炸毀傷試驗(yàn)的綜合測(cè)試測(cè)量方法，分試驗(yàn)前、試驗(yàn)中和試驗(yàn)后3個(gè)階段對(duì)測(cè)量要素進(jìn)行了較為全面的分析，并提出了相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，通過仿真試驗(yàn)對(duì)綜合測(cè)量與分析方法進(jìn)行探討，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在測(cè)試測(cè)量和數(shù)據(jù)分析時(shí)需著重注意以下幾個(gè)方面問題：

1)在依托計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制開展的潛艇毀傷試驗(yàn)中，應(yīng)設(shè)置統(tǒng)一的時(shí)間度量，便于數(shù)據(jù)處理與沖擊響應(yīng)分析。

2)氣泡脈動(dòng)載荷雖然幅值不高，但在與沖擊波載荷聯(lián)合作用下會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)產(chǎn)生較大影響，在載荷測(cè)量中不可忽視，在沖擊波壓力和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的測(cè)量中應(yīng)設(shè)置足夠的采集時(shí)長(zhǎng)。

3)在依托測(cè)點(diǎn)動(dòng)態(tài)應(yīng)變響應(yīng)的數(shù)據(jù)測(cè)量與分析時(shí)，應(yīng)避免沖擊位移帶來的影響；同樣，在依托測(cè)點(diǎn)沖擊位移的數(shù)據(jù)測(cè)量與分析時(shí)，應(yīng)避免大的動(dòng)態(tài)應(yīng)變帶來的影響。

本文較為全面地分析闡述潛艇毀傷試驗(yàn)測(cè)量與數(shù)據(jù)分析方法，對(duì)潛艇等水下結(jié)構(gòu)物毀傷試驗(yàn)的開展具有較好的參考價(jià)值，但由于潛艇系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，開展典型設(shè)備多參數(shù)測(cè)量并分析其聯(lián)合作用下的失效機(jī)理是后續(xù)測(cè)量與分析研究的重難點(diǎn)。