水下爆炸与波浪联合加载下舰船毁伤机理研究

As the main combat platform of modern naval warfare, warships are the main targets by the weapon attacking, and the survivability of the ship is the primary premise and foundation of naval combat. The wave is a normal environment for the ships in service. When it is attacked by underwater weapon, it will not only be subjected to blast load, but also subjected to wave load. However, whether in the design of ships or in the research of anti-explosion of ship structure, the effect of wave load and explosion load are always separately considered. To meet the needs of actual combat, this project studies the dynamic response and damage characteristics of the ship structural elements and hull girder under combined loads with typical joint modes of underwater explosion load and wave load. By establishing the relationship between wave loads and stress distribution of square plates, an experiment of plate explosion response with initial prestress is designed. By simulating the wave load in the way of counterweight, the explosion response test of hull girder under specific wave load is designed. The influence of wave load on plate permanent deformation and ship safety radius is obtained by dimensionless analysis, which will provide a scientific basis for the evaluation of ship's ability of anti-explosion and the structural design of naval vessels.

舰船作为海战的主要作战平台，是武器攻击的主要对象，舰船生命力是舰船在海上作战的首要前提和基础。舰船在服役期间大部分时间处于波浪中，因此当其受到水下武器攻击时，会同时受到波浪载荷的作用，而以往不论是在舰船结构强度设计还是在舰船结构抗爆性能研究方面，都只是单独考虑波浪载荷或爆炸载荷的作用。为了满足实战化需求，本项目针对舰船及其基本结构，根据水下爆炸载荷和波浪载荷的典型联合作用模式，研究联合载荷下舰船结构元件和船体梁的动态塑性响应和毁伤特性等问题。通过建立波浪载荷与舰船典型结构元件应力分布之间的关系，设计具有初始应力的平板爆炸响应实验；通过配重的方式模拟波浪载荷，设计特定波浪载荷下的船体梁爆炸响应试验；运用量纲分析方法，获得波浪载荷对平板永久变形和舰船安全半径等的影响规律，为舰船结构设计和舰船抗爆性能评估提供科学依据。

舰船作为海战的主要作战平台，是武器攻击的主要对象。舰船在服役期间大部分时间处于波浪中，因此当其受到水下武器攻击时，会同时受到波浪载荷的作用，本项目围绕考虑波浪载荷的舰船结构水下爆炸毁伤机理进行展开：.1）按水下爆炸载荷和波浪载荷的时间尺度进行了解耦，从舰船在波浪中的受力状态入手，找出危险波浪载荷工况，结合船舶结构力学常用模型，抽象出了适于与爆炸毁伤研究相结合的三类基本力学模型。.2）针对考虑面内应力爆炸毁伤分析模型，开展了拉压预应力下梁构件冲击变形特性研究，发现在相同冲击载荷下，压预应力梁的中点剩余挠度都比无预应力时大，而拉预应力时无明显一致规律；引入预应力系数，拟合得到了压预应力下梁的冲击变形挠度预测公式。探讨了长厚比和边界约束对拉压预应力作用效果的影响，发现长厚比越大使相对挠度达到极小值的轴向拉力更大；边界约束越弱拉压预应力对梁横向变形影响的显著程度越大。.3）针对考虑面外载荷毁伤分析模型，通过开展初始横载梁在爆炸载荷作用下的变形特性研究，发现初始横载对爆炸载荷下梁构件变形的影响表现出显著的放大或抑制效应；引入横载系数，拟合得到了初始横载作用下梁的爆炸变形挠度预测公式。设计了锥形激波管装置，并基于此装置开展具有初始静压板构件的水中爆炸变形实验，发现板中点挠度随着初始液压的增大而增大。.4）针对考虑弯矩的船体梁毁伤分析模型，提出了悬挂配重的弯矩引入方法，开展了具有不同初始弯矩的箱型梁水中爆炸实验，发现中拱时箱型梁呈现整体弯折和局部变形耦合的双重破坏模式，中垂时箱型梁以局部变形为主，整体弯折变形不明显。对舰船整体层面的毁伤分析除了要考虑水下爆炸气泡引起的弯矩和冲击波引起的破口外，还应包括冲击波与波浪载荷的叠加作用是否引起了船底板格的动态失稳屈曲。.本项目所提出的方法、结论和思想可以为舰船毁伤分析和舰船结构强度设计提供科学依据。