大型浮动冲击平台冲击环境特性研究

[目的]旨在分析水下爆炸载荷作用下大型浮动冲击平台(LFSP)的冲击响应特性。[方法]基于声固耦合方法对LFSP进行水下爆炸数值模拟,通过试验与仿真数据对比,验证计算方法的有效性;研究LFSP内底冲击响应沿纵剖面分布特性以及药包横向距离对LFSP内底整体冲击环境的影响规律,并拟合出LFSP冲击环境预报公式。[结果]结果显示:LFSP内底的迎/背爆面、中纵剖面冲击环境沿纵剖面分布变化规律基本一致,其首尾位置冲击响应偏小,中部偏大;迎/背爆面冲击响应存在差异,背爆面谱速度大于迎爆面,迎爆面谱位移大于背爆面。[结论]研究表明,背爆面测点位置的局部模态被激起,冲击谱出现局部峰值,导致背爆面谱速度大于迎爆面;迎爆面测点的爆距较小以及冲击响应强烈,使得迎爆面谱位移大于背爆面。

基于浮动冲击平台的大型设备冲击环境及平台响应非线性特征分析

针对已有的基于浮动冲击平台的大型舰载设备抗冲击考核研究中缺乏对设备冲击环境及平台响应非线性特征研究的问题,以中型浮动冲击平台作为基础,通过数值仿真进行大型设备冲击环境研究。明确了冲击因子、爆炸攻角及压载质量对于设备抗冲击考核过程中冲击环境的影响。同时,结合试验和仿真,将Hurst指数作为衡量指标,进行了大型设备抗冲击试验过程中平台响应非线性特征研究,并且提供了水下爆炸冲击响应的Hurst指数分级表。结果表明:试验和仿真所得的Hurst指数总体误差小于20%,而对于水下爆炸作用下的浮动冲击平台响应非线性研究,数值仿真方法对于真实试验具有较好的替代性。

浮动冲击平台水下爆炸冲击谱测量与分析

物体运动的时域曲线具有直观性 ,频域分析可以更深刻地认识物体的运动特性。冲击谱分析是研究冲击运动的频域分析方法 ,但是冲击加速度测量的零漂现象影响了冲击谱的正确性。我们在浮动冲击平台水下爆炸试验中 ,用加速度计算得到的冲击谱和簧片仪测量的冲击谱互相验证的方法获得了准确的冲击谱。本文通过分析表明 :冲击谱不但可以估算舰船设备受到的冲击响应值 ,还得到了水下爆炸产生的3个过程 ,即冲击波 ,滞后流和二次压力波的3种能量作用在冲击谱的3个不同频段 。

标准浮动冲击平台冲击环境试验及分析

本文针对我国研制的进行舰船重型设备冲击试验考核的标准浮动冲击平台,按照GJB150.18—86规定的标准考核工况开展了水下爆炸标定试验,获取了标准考核工况下的冲击环境及各种负载对冲击环境的影响规律,并与美国的标准浮动冲击平台进行了对比。结果表明,国内研制的标准浮动冲击平台在规定考核工况下的冲击环境与美国的标准浮动冲击平台一致,能够满足质量大于2.7×103kg重型舰船设备冲击考核的要求。

中型浮动冲击平台结构设计研究

大中型舰载设备的抗冲击考核试验需通过浮动冲击平台进行,而平台的结构形式决定试验能否成功进行。本文对我国尚未起步建设的中型浮动冲击平台进行了结构设计分析。通过非线性双渐近法对平台的响应进行分析,提出了几种浮动冲击平台结构形式,对其强度和冲击环境进行了分析。结果表明:浮动冲击平台的主要响应为刚体运动,外板夹层箱形梁结构形式的平台强度最好,平台内底板提供的冲击环境中谱位移与谱速度与规范较吻合,谱加速度需利用甲板模拟器辅助装置滤波才能与规范较一致。分析成果可为我国用于大中型舰载设备考核的浮动冲击平台建设提供参考。

浮动冲击平台冲击环境对设备响应的影响

对浮动冲击平台提供给设备的冲击环境及舰载设备在不同冲击环境下的响应进行了数值模拟和理论分析。以美国中型浮动冲击平台为计算模型,将设备基座的冲击环境与德国规范BV 043-85进行了比较,为分析两个体系在设备抗冲击要求中谱加速度的差异,对不同舰载设备进行数值模拟计算,并通过虚拟约束边界模态方法,提出不同冲击环境下基础激励的多自由度系统响应的计算方法。数值分析及理论计算结果表明:冲击谱中谱加速度对舰载设备响应影响较小,而谱位移和谱速度对设备响应有较大影响,理论计算得到的多自由度系统响应与数值模拟结果较一致,同时在进行浮动冲击平台设计时可不考虑谱加速度对设备响应的影响。

浮动冲击平台对应实船冲击环境判别分析

由于浮动冲击平台自身结构与实船存在差异,使其在水下爆炸过程中提供给设备的冲击环境较难与实船建立对应关系。为使浮动冲击平台不同工况所得设备抗冲击能力能反应不同排水量舰船及舰船不同位置的设备抗冲击性能,对4艘不同排水量舰船在水中爆炸冲击波作用下垂向滤波效应进行研究;对不同工况下浮动冲击平台与设备连接处的冲击谱参数用Fisher方法与舰船内外底谱参数判别分析,并通过数值仿真验证判别结果的合理性。结果表明,排水量较大船体滤波效应较明显,无上层建筑一甲板较船体内部二、三甲板冲击环境恶劣。通过多元统计分析判别方法建立的实船与浮动冲击平台考核设备冲击环境对应关系,对舰船设备考核具有一定指导意义。

应用浮动冲击平台考核舰载设备响应分析

为研究安装甲板模拟器的浮动冲击平台系统考核舰载设备的机理,对整个系统建立有限元模型进行数值模拟并建立力学模型进行了理论分析。根据船体甲板结构产生的垂向低通滤波特性,提出甲板模拟器具有减缓高频冲击并满足设备安装频率要求的作用。将被试设备的浮动冲击平台考核系统简化为有阻尼的三自由度系统强迫振动模型,通过拉普拉斯变换方法求解了不同冲击环境下被试设备的响应。数值模拟与理论计算结果比较吻合,被试设备响应迅速达到峰值后逐渐衰减,振动频率由高频向低频过渡,在分析浮动冲击平台舰载设备考核系统长时间响应时需考虑阻尼的影响。

小型浮动冲击平台水下爆炸数值仿真与验证

舰载设备抗冲击能力对舰艇生命力十分重要,实验测量因消耗大且危险性高不能大量开展,数值仿真技术的发展为舰载设备考核提供了新的手段。通过基于声固耦合法的有限元分析技术对某小型浮动冲击平台(FSP)进行数值仿真实验,并与实爆实验结果对比,验证了缓冲平台基座处冲击加速度峰值和冲击谱仿真计算的正确性。结果表明,该方法可为舰载设备提供准确的冲击环境输入,可对该型FSP进行准确的冲击环境预报,研究成果可推广应用到中大型FSP。

水下爆炸冲击作用下浮动冲击平台试验安全性

综合运用理论分析和仿真计算对水下爆炸作用下浮动冲击平台试验安全性进行分析,给出试验水域普通船只及人员的安全半径、试验水域岸基结构及设施的安全半径和理想的浮动冲击平台试验水域半径和试验水域深度条件,有关结论可为舰载设备浮动冲击平台试验提供参考。

浮动冲击平台海上爆炸试验实施方法

浮动冲击平台海上爆炸试验实施过程中存在海上情况复杂、实施难度大、不确定性因素多等问题,基于岸基试验距离码头及民用设施近,不宜采用大当量爆源的特点给出了相应的实施方法;给出了外海试验的基本条件、测量设备的安装及控制方法,以及平台海上拖带及布设方法,根据流向合理调整海上布设态势与布放爆源以确保试验安全等方法。

利用浮动冲击平台考核舰用设备抗冲击能力的数值仿真研究

大质量舰用设备一般利用浮动冲击平台进行抗冲击能力评估,但试验过程复杂,费时、费力且花费较多。近些年随着非线性有限元技术的发展,利用有限元法对浮动冲击平台试验仿真考核舰用设备抗冲击性能成为可能。针对浮动冲击平台上舰用设备抗冲击能力进行研究,利用有限元软件ABAQUS进行水下爆炸分析,考虑流固耦合效应,研究浮动冲击平台上的安装设备在不同爆炸距离和不同炸药深度下的冲击响应,为舰用设备特别是大质量设备的抗冲击能力的评估和大型浮动冲击平台的设计提供参考。

某浮动冲击平台外载荷与冲击环境分析

为了进行舰载设备在接近实战条件下的抗冲击考核,设计并建造了浮动冲击平台。为摸清浮动冲击平台在一定外载荷下的冲击环境,进行了三次水下爆炸试验,采用1 kg RDX装药在距离平台不同距离处爆炸,分别对平台外载荷和冲击环境进行了测量;外载荷测量结果表明:装药在水下5 m爆炸时产生明显的气泡脉动载荷和空化效应,加强了对平台本体的冲击作用;冲击环境测量结果表明:冲击响应从迎爆面到背爆面有逐渐减小的趋势,迎爆面冲击谱速度达到5.3 m/s,位移11 cm;冲击环境满足Ⅲ类区域冲击环境要求。

中型浮动冲击平台试验爆源定位方法研究

中型浮动冲击平台海上试验受环境影响因素多、实施难度大,水下爆源爆炸作为中型浮动冲击平台的冲击载荷,试验中对爆源的高精度定位具有重要意义。该文通过对比分析水下爆源定位的各种技术,总结其特点和应用条件,并针对浮动冲击平台水下爆炸试验时爆源受海况影响情况进行研究,设计适用于浮动冲击平台海上试验爆源定位的高精度机械定位方法。计算结果表明该方案简洁、高效,定位精度高,生产布置成本低。该研究结果可为中型浮动冲击平台试验成功实施提供参考,并且也能够适用于其他水下爆炸试验的爆源定位。

水下爆炸作用下中型浮动冲击平台毁伤特性研究

以标准中型浮动冲击平台为目标,采用数值仿真以及理论分析的方法对其在水下爆炸作用下的毁伤情况进行研究。首先对仿真方法的正确性进行验证,其次结合平台工作情况选择合适的工况及测点进行仿真计算,给出毁伤及冲击环境的仿真计算结果,总结不同冲击因子对平台冲击环境的影响规律;然后采用理论方法对目标毁伤情况进行计算,参照BV043/85标准对平台冲击环境进行预报,并与仿真计算结果进行比对分析。结果表明,仿真方法与理论分析方法所得到的水下爆炸作用下所得毁伤情况比较吻合,在此基础上结合标准规范给出平台承载重量的范围。

中型浮动冲击平台系统设计及冲击环境分析

根据中型浮动冲击平台系统的使命任务及使用环境,设计了主要包括平台分系统、布放与回收分系统及辅助分系统的系统组成;采用数值仿真计算方法,对板-梁结构、高舷墙板-箱型梁结构和低舷墙板-箱型梁结构3种典型浮动平台结构在水下爆炸冲击下的最大变形进行了仿真计算。结果表明,低舷墙板-箱型梁结构能够满足结构强度要求。在低舷墙板-箱型梁结构的中型浮动平台中放入不同质量的被试设备,对其冲击环境进行了仿真分析,并将计算结果与德国BV043/85规范中的要求值进行了对比分析。结果表明,设计的中型浮动冲击平台的冲击环境满足试验考核要求。

摆锤式冲击台与浮动冲击平台冲击动力特性对比试验研究

利用某型泵的摆锤式冲击台冲击试验结果和某大型装备浮台冲击试验结果,对比摆锤式冲击台与浮动冲击平台冲击动力特性。通过2种冲击方式时间历程分析和冲击谱的试验结果的对比分析,发现存在设备通过了冲击试验机试验考核,但是在浮动冲击平台条件下舰载设备不能够满足抗冲击要求的风险。

浮动冲击平台海上试验爆源定位方法

本文提出了一种改进的冲击波零时法,用以对浮动冲击平台海上试验爆源进行定位计算。基于水下爆炸冲击波的基尔克乌特-别泽理论计算冲击波传播特性,测量冲击波零时信号及压力信号,计算爆源与各测点间的相对距离,从而对传统爆源定位方法中冲击波的声学近似假设予以改进。考虑冲击波在壁面产生的反射,建立方程组并求解得到爆源的具体位置。试验表明:在传感器数据良好的情况下,该方法可满足爆源定位的要求,无量纲偏移距离均小于0.047 9;在个别数据测量准确性较差的情况下,也能得到相对准确的定位结果,无量纲偏移距离均小于0.127 5。研究结果有利于浮动冲击平台及实船海上试验爆源定位计算,并可为后续修正数值计算模型提供依据。

小型浮动冲击平台水下爆炸冲击响应特性分析

浮动冲击平台是考核大中型舰载设备抗冲击能力的重要工具,各海军强国十分重视舰载设备抗冲击考核研究工作。采用小波变换方法对小型浮动平台上的测量信号进行处理分析。分析结果表明:小型浮动冲击平台的冲击响应主要以冲击波作用的高频振动为主,随着振动在结构中的传播,能量逐步衰减;设备缓冲装置能迅速衰减高频振动能量,能有效防护设备高频振动冲击。

气泡及其破碎兴波对浮动冲击平台影响探究

基于LS-DYNA软件中的ALE算法,对近水面水下爆炸气泡脉动过程进行数值模拟并与实验结果进行对比,验证了近水面近壁面混合边界有限元模型和参数设置的正确性。设置不同爆炸工况,对气泡及其破碎兴波对浮动冲击平台影响进行探究,结果表明:在水下爆炸过程中,气泡、自由面、浮动冲击平台会发生强烈的耦合作用,在气泡脉动阶段,气泡会诱导出涌流和水冢效应,影响浮动冲击平台的安全性和使用性;冲击波是影响浮动冲击平台冲击环境的主要因素,由于气泡的低频性,气泡脉动及水冢对浮动冲击平台的直接冲击作用,会小幅度增加浮动冲击平台冲击环境的谱速度值、谱位移值,对谱加速度值几乎无影响;水冢抨击水面所形成的波浪和气泡破碎兴波,对浮动冲击平台造成的激励载荷呈周期性,其周期与波浪周期相同。波浪的激励载荷仅通过激励其对应频率的浮动冲击平台共振来改变平台的冲击环境。波浪载荷很小,对浮动冲击平台的冲击环境影响较小。